人类生活与等离子体息息相关

2011-08-17       来源：科学时报

　　长久以来，人们只认为物质有三态：气态、液态、固态。中学的教科书里也是这么讲的，为什么现在才提及这第四态呢？首先，因为我们生存的地球表面，被大气包围，温度不高，缺少自然存在的处于等离子态的物质。离子体是一种特殊的物质聚集态，它的基本特征是物质中有相当一部分的原子、分子，其电子吸收了外部的能量后，从原子、分子中逃逸出来，从而形成了两种带电粒子同时存在于物质中。比如：一般气体不导电，但在外加电压作用下，气体中的分子、原子可以被激发，电子跑了出来，形成可导电、可发光的状态，这就是等离子体。大自然中的一些现象如闪电、北极光，是人类能够看到的地球上方大气中的等离子体现象。

    1752年，美国外交家也是科学家的本杰明？富兰克林做过一个危险的实验，证明闪电时的空气是带电的，他把一个小金属钥匙绑在风筝上，并接了一根导线，在闪电出现的一瞬间，他的手被麻了一下，后来有好几位科学家就没那么幸运，在重复这个实验时被电死了。科学家们真正认识到等离子体现象的本质是在19世纪末，在物理学家们发现了电子、建立了原子结构理论以后。美国专家小组把明确等离子体是物质的第四态确认为是20世纪物理学的主要成就。科学家发现，宇宙中充斥着等离子体态的物质，我们地球上一切生物赖以生存的太阳，以及其他恒星，都属于完全的等离子体，在非常高温（上亿度）及非常高气压的条件下，恒星内气体（包括太阳）的所有原子中的电子全都跑了出来，只剩下赤裸裸的原子核（带正电荷）被紧紧挤压在一起，产生了新的原子核，同时释放出巨大的核能，这就是原子核的聚变反应。科学家探讨地球上生命的起源后发现。

    远古时期地球上方大气的成分与现在很不同：因火山频发，富含火山喷发气体：甲烷、二氧化碳、氨、氢气、水蒸气，在大气中的高电压脉冲放电（即闪电）的作用下，会生成生命所需的最基本成分氨基酸。1953年，犹莱 （诺贝尔奖得主）和米勒，师徒两人通过一周的火花放电试验证明，甲烷、氨、氢和水混合，经过放电后，会产生许多有机化合物，包括氨基酸。大自然的启示加上科学家、工程师们的辛勤工作给人类生活带来巨大变化及对未来生活的期望。我们从太阳的能量产生原理，开展了对人类生活未来能源核聚变反应堆的研究。科学家及工程师们通过研究闪电现象，发明了各种气体放电灯管，发明了电弧发生器。从闪电后空气中会有臭氧产生的现象得到启发，制出了臭氧发生器。

    上世纪，一个对人们生活非常重要的进步，就是利用等离子体中的活性粒子，创造了微细加工，它的微细程度可以达到在头发横截面尺寸上刻出几百个微细深槽。正是这样，才有了今天我们的电脑、芯片及大规模集成电路。这样的表面处理工艺在航空航天、汽车、冶炼、医学等方面都起到重要作用。等离子体还有独特的化学反应环境。等离子体放电可以产生具有化学活性的物质。在等离子体条件下，可以实现一些通常难以进行的化学反应。所以不同行业都在尝试应用等离子体独特的活性粒子条件，改进技术或创造新产品，从而在世界主要的制造工业，包括一些陈旧的化学材料工业，掀起了一场崭新的改革。

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