走进等离子体
1 等离子体概述
=
1 g2
dg2 dE
或
d dE
ln
g1
=
d dE
ln
g2
(1.13)
所以，在平衡条件下，热接触面中的状态具有相同的 d ln g 值。 dE
定义熵为 σ ≡ ln g ，温度为 [ d ln g]−1 = T 。 dE
现在假设我们想知道系统 1 中 2 个微观状态在平衡条件下的相对几率。
可知系统中总共有 g1 个微观状态，但是对应每个特定的能量 E1 ，我们要弄
(1.15)
所以当与一个（大）的热储达到平衡的条件下，我们可以简单的将一
个系统（ S1 ）处于任意两个微观状态 A ， B 的比例概率表示为：
exp
−(
EA − T
EB
)
(1.16)
这就是著名的“Boltzman 系数”。 你可能注意到上面公式中不含有 Boltzman 常数，这是因为它的熵（无 量纲）和温度（能量）用的是热力学自然单位。Boltzman 常数只是温度的 自然单位（能量，如焦耳）和绝对温度之间简单的转换因子。开氏温度以
子逃逸通量为：
1 4
ne′vi
。
ni′ 和 ne′ 分别表示固体表面的离子、电子密度。
将 Boltzman 应用到电子密度：
ne′ = n∞ exp[eφs /Te ]
(1.26)
φs 是相对于无穷远处（ ∞ ）等离子体的固体电位。
由于电位的存在，离子被吸引流向负电位，假定 ni′ ~ n∞ (Zi =1) 。[这
清楚的是，对应于 S1 系统中的一个微观状态，复合系统中存在多少个微观 状态。
显然它等于系统 2 中的微观状态个数。因此，为了表示 S1 系统中两个
等离子体——精选推荐
等离子体的化学特性及形成原因第一章等离子体概念等离子体是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为近似电中性的电离气体．它与大家熟悉的物质三态(固态、液态和气态)一样是物质存在的又一种聚集态，所以人们又把等离子体称为物质第四态，或称为等离子态。
首先在组成上，电离气体与普通气体明显不同。
后者是由电中性的分子或原子组成的，前者则是带电粒子和中性粒子组成的集合体。
在性质上，电离气体与普通气体有着本质区别。
首先，它是一种导电流体，而又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性。
其二，气体分子间并不存在净电磁力，而电离气体中的带电粒子间存在库仑力，由此导致带电粒子群的种种集体运动。
再者，作为一个带电粒子系，其运动行为会受到磁场的影响和支配。
固此，这种电离气体是有别于普通气体的一种新的物质聚集态。
按聚集态的顺序，列为物质第四态．鉴于无论部分电离还是完全电离，其中的正电荷总数和负电荷总数在数值上总是相等的，故称为等离子体。
简而言之，等离子体就是指电离气体，它是电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。
第二章等离子体的存在一般来说，人们对固、液、气“三态”十分熟悉，而对等离子态却可能比较陌生．这是因为在地球表面环境中，通常不具备等离子体产生的条件．例如在地球表面空气里，由于宇宙射线的作用每秒在1cm3内大约只产生5对离子．这相对于标淮状态下的气体密度来，实在是微乎其微．因此只有在特定条件下，才能看到自然界的等离子体现象，如闪电和极光等．与地球上的情况截然不同，在茫茫宇宙中，99％以上的物质都呈等离子态．太阳就是一个灼热的等离子体火球，恒星、星际空间和地球上空的电离层也都是等离子体．因此，就整个宇宙而言，等离子体是物质存在的普遍形式。
其实，我们周围也有许多人工发生的等离子体。
最常见的是霓虹灯管中的辉光放电、电弧和荧光灯管中也都存在等离子体。
人们在实验室中最早研究的等离于体也是通过气体放电获得的。
在一定条件下，物质的各态之间可以互相转化而物质的不同聚集态对应着物质粒子(原子、分子和离子)排列的不同有序程度。
等离子体的
等离子体的
等离子体技术是一种存在于大气层与空间环境中的电子和原子的有序结构，可以将能量有效地转化成活跃的离子，因而被称为等离子体技术。
它是将电脉冲和磁力场结合起来，形成一种有效的电场，可以激发电子产生活跃的离子。
等离子体技术具有高强度、快速和清洁的特点，可以被用于控制、调节和改造空气中的各种物质，包括气体、液体及固体，尤其是在切削、焊接、离子化的领域中得到了广泛的应用。
传统的焊接技术需要高温高压，而等离子体焊接技术可以在很低的温度下就能够实现传统焊接的效果。
使用该技术焊接时，温度范围只有传统焊接的2-3倍。
此外，等离子体技术还能够有效防止金属物体表面的氧化，因此能够提供高质量的焊接。
等离子体技术不仅能够用于焊接，而且还可以用于精细加工，其原理是通过等离子体激活流动的离子来截断材料表面上的原子，在极短的时间内去除过多的表面结构，有效地实现材料精细加工。
等离子体激活的离子具有能量稳定性和无毒性，所以等离子体技术不仅安全耐用，而且能够快速有效地实现加工要求。
此外，等离子体技术还可以用于消毒和除臭，其操作原理是通过等离子体激活的电流来破坏有害的微生物的细胞壁，使其氧化分解，杀死有害物质。
同时，由于等离子体技术能够激活无机物质，还可以有效去除空气中的各种恶臭成份，实现空气消毒除臭的目的。
等离子体技术因其全方位的扩张和功能而成为当今商业应用的一种非常有用的技术，它也被广泛应用于航空、船舶、制药、电子等多个领域中。
可以预见，等离子体技术将在未来发挥更大的作用，为人类社会做出更大的贡献。
等离子体的基本特性与应用展望
等离子体的基本特性与应用展望等离子体是一种在地球表面或宇宙空间中相当常见的物质状态，具有独特的性质和广泛的应用领域。
本文将介绍等离子体的基本特性，包括形成机制、组成成分和物理性质，并展望其在科学研究、能源开发和医学治疗等方面的应用前景。
首先，我们来探讨等离子体的基本特性。
等离子体是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的，整体呈中性。
它是第四态的物质状态，与固态、液态和气态相互区别。
形成等离子体的主要机制是通过给予气体能量，使其电离成离子和电子。
在高温或高能量条件下，原子中的电子会被从外层轨道中解离出来，形成自由电子。
这种电离过程将简单的气体转变为复杂的等离子体。
对于等离子体的组成成分，主要包括离子、电子和中性粒子。
离子是携带正电荷的原子或分子，其数量和种类取决于初始气体的组成和反应条件。
电子是携带负电荷的基本粒子，它们的数量通常与离子数目相等，以维持整体电中性。
中性粒子是指在等离子体中既不带电也不带荷的原子或分子。
这些组成成分的不同比例和相互作用方式决定了等离子体的性质和行为。
等离子体的物理性质使其具有广泛的应用前景。
首先，等离子体在天体中的广泛存在对于宇宙演化和星际空间的研究至关重要。
在恒星中，高温和高能量条件下，重元素通过核融合反应形成等离子体，释放出巨大的能量和辐射。
此外，等离子体还存在于行星际空间和星际风中，这对于了解星系演化和太阳风等现象至关重要。
其次，等离子体的应用在能源开发领域具有重要意义。
等离子体聚变是一种利用高温和高能量等离子体实现核能释放的方法。
通过控制等离子体的温度和密度，人们可以实现聚变反应，从而产生大量的能量，且不像核裂变反应那样产生高放射性核废物。
虽然聚变反应的实现仍面临技术挑战，但其巨大的能源潜力使其成为未来清洁能源的重要发展方向。
此外，等离子体在材料科学和电子器件领域的应用也备受瞩目。
等离子体处理技术，如等离子体刻蚀和镀膜，可以用于微电子芯片和光学器件的制造。
等离子体刻蚀技术可以精确控制材料表面的形貌和纳米尺度结构，从而实现新型器件的制备。
等离子体
等离子体一、等离子体介绍：等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。
等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。
等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。
严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。
等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。
其实，人们对等离子体现象并不生疏。
在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。
对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。
用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。
分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。
在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。
等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态．普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离．电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体．例如：等离子体造就的宇宙和自然奇观闪电极光星云太阳表面二、磁场对等离子体的运动影响：单粒子运动等离子体中带电粒子之间存在着电力，因此，这些粒子的运动是紧密耦合的。
等离子体
每个像素单元对应的小室内部充有氖氙气体。
如何产生等离子体: 产生等离子体的关键就是要提供能量，一个
能够让原子中的外层电子克服原子核的束缚的能 量。产生等离子体的方法大致可以分成两种： 通过电能：强电场、微波、激光、宇宙射线等 通过动能：高能粒子轰击、加热等。
等离子显示器(PDP)的工作原理： PDP的全称是Plasma Display Panel，中
内表面荧光体类似于CRT显像管内的荧光体，
这种荧光体主动发光的显示方式能够提供生动 丰富的色彩、极短的响应时间和非常广阔的可 视角度。每一个像素单元都由单独的电极控制， 视频信号经转化后，各电极做出响应，通过三 种原色不同亮度的组合，每一个像素点能够产 生1670万种以上的颜色。
等离子体显示的概念最早由美国伊利诺伊 州立大学的科学家于1964年7月提出，最早的 实验性样品只是一些简单的发光点阵。六十年 代后期该项技术得到了进一步发展，但受到材 料和工艺的限制，屏幕尺寸很小，且显示质量 较差。电子计算机及信息产业的发展，为等离
宽屏显示模式等离子显示器屏幕比例多为16:9， 而非传统的4:3，这是为用户欣赏大多数DVD 影碟以及显示未来的HDTV(画面比例16:9)信号 而准备的。当然，您也可以通过选择4:3格式 观赏普通电视节目信号。
完美的纯平面显示PDP 等离子显示器是真正 的纯平面显示器。完全无曲率的大画面，即使 边角部分也绝无变形和失真。
大屏幕显示的最佳设备。
超宽观看角度由于PDP自身带有发光源, 无需外部光源来发光，这种主动发光的特性使 PDP的可视角度极为宽广，在水平和垂直双方 向上都高于160度。
等离子管就是指在口径 1mm左右的细长玻璃管上通 过在两张薄玻璃板之间充填 混合气体，施加电压使之产 生离子气体，然后使等离子 气体放电并与基板中的荧光 体发生反应，从而产生彩色 影像，将这种等离子管做 RGB(红绿蓝)三种颜色，然 后通过排列三色等离子管， 就能实现超大尺寸高精细显 示器。
等离子体的介绍与作用
等离子体的介绍与作用等离子体的介绍与作用李传奇 15级应用物理学 B31514045等离子体（又称电浆）是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态，其特性与前三者截然不同。
气体在高温或强电磁场下，会变为等离子体。
在这种状态下，气体中的原子会拥有比正常更多或更少的电子，从而形成阴离子或阳离子，即带负电荷或正电荷的粒子。
气体中的任何共价键也会分离。
由于等离子体含有许多载流子，因此它能够导电，对电磁场也有很强的反应。
和气体一样，等离子体的形状和体积并非固定，而是会根据容器而改变；但和气体不一样的是，在磁场的作用下，它会形成各种结构，例如丝状物、圆柱状物和双层等。
等离子体是宇宙重子物质最常见的形态，其中大部分存在于稀薄的星系际空间（特别是星系团内介质）和恒星之中。
等离子体形成1.等离子体是由粒子群组成的电磁系统，在其集体结果中显示出一个整体的零净电荷。
等离子体也可以被描述为一种中性电介质中存在的电离气体，或者是一组游离的正粒子和负粒子。
2.等离子体是最常见的物质形式，它存在于99%以上的可见宇宙空间。
等离子体形态1.当我们观察银河系和夜空中的群星中一颗颗明亮的恒星时，看到的是等离子发光球体由各自的内部磁场聚集在一起的景象。
离地球最近的可见等离子光球是太阳。
等离子的性质1.等离子体具有极高的导电性，它们携带电流并产生磁场。
等离子体是物质的第四个状态，是由离子和自由电子组成的气态物质。
虽然，气体和等离子体是物质的不同状态。
但是等离子体显示了巨大的不同性质和复杂性，远超于气体或其他物质状态。
离子体产生方式1.等离子体可以通过加热气体来产生2.等离子体可以通过使物质产生强大的力来产生3.等离子体可以通过使物质产生强大的磁场来产生等离子如何用于美容除皱等离子体- 通过大气气体电离形成 - 刺激皮肤纤维使其马上进行收缩并紧固。
该技术不需要使用手术刀或激光来切除多余的皮肤，从而规避了传统治疗方式附带的所有风险。
无需切割，燃烧或去除多余的皮肤或脂肪即可进行治疗。
走进等离子体
走近等离子体贾冬义 赵玲利大家都知道物质的三种状态 固态、液态和气态。
其实物质还有第四种状态,那就是等离子态。
以我们平时最常见到的水为例:冰升温至0 会变成水,如将温度继续升至100 ,水就会沸腾,并逐步变成水蒸气。
随着温度的上升,物质的存在状态一般会呈现出固态 液态 气态三种物态的转化过程,我们把这三种基本形态称为物质的三态。
那么如果气态物质温度升至几千摄氏度时,又会有什么新变化呢?由于分子热运动加剧,相互间的碰撞使气体分子电离,物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。
物理学家把这种电离化的气体叫做等离子体(见图1)。
物质的这种存在状态称为物质的第四态。
因为电离过程中正离子和电子总是成对出现,所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等,总体来看为准电中性。
通俗地说,等离子体就是被电离的气体。
它与气体的最大区别就是其成分为带正负电荷的粒子(电子、离子),而不是其结合体。
它有很高的电导率,与电磁场的耦合作用也极强:带电粒子既可与电场耦合,又可与磁场耦合。
等离子体与固体表面相互作用,具有独特的光、热、电等物理性质,可产生多种物理、化学过程。
图1 水的四种状态现在等离子体科学是一门物理、化学和材料等学科的交叉科学,它包含电磁学、空气动力学、化学反应动力学和表面科学等分支学科。
等离子体物理是研究等离子体自身运动规律及其与周围物质相互作用过程的一门分支学科,是物理学的二级学科。
等离子体的分类按产生方式分类 分为天然等离子体、人工等离子体。
天然等离子体:据印度天体物理学家沙哈(M.Saha)计算,宇宙中99 9%的物质处于等离子体状态,如恒星星系、星云等。
地球比较特别,物质大部分以凝聚态形式存在,能量水平极低。
可是在大气中,由于宇宙射线等外来高能射线的作用,每立方厘米内每秒会产生20个离子。
当然,对密度为每立方厘米1019个分子的大气来讲,这种电离程度太微小了。
但是雷雨时的闪电,可使大气达到很高的电离度,形成可观的等离子体。
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走近等离子体贾冬义 赵玲利大家都知道物质的三种状态 固态、液态和气态。
其实物质还有第四种状态,那就是等离子态。
以我们平时最常见到的水为例:冰升温至0 会变成水,如将温度继续升至100 ,水就会沸腾,并逐步变成水蒸气。
随着温度的上升,物质的存在状态一般会呈现出固态 液态 气态三种物态的转化过程,我们把这三种基本形态称为物质的三态。
那么如果气态物质温度升至几千摄氏度时,又会有什么新变化呢?由于分子热运动加剧,相互间的碰撞使气体分子电离,物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。
物理学家把这种电离化的气体叫做等离子体(见图1)。
物质的这种存在状态称为物质的第四态。
因为电离过程中正离子和电子总是成对出现,所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等,总体来看为准电中性。
通俗地说,等离子体就是被电离的气体。
它与气体的最大区别就是其成分为带正负电荷的粒子(电子、离子),而不是其结合体。
它有很高的电导率,与电磁场的耦合作用也极强:带电粒子既可与电场耦合,又可与磁场耦合。
等离子体与固体表面相互作用,具有独特的光、热、电等物理性质,可产生多种物理、化学过程。
图1 水的四种状态现在等离子体科学是一门物理、化学和材料等学科的交叉科学,它包含电磁学、空气动力学、化学反应动力学和表面科学等分支学科。
等离子体物理是研究等离子体自身运动规律及其与周围物质相互作用过程的一门分支学科,是物理学的二级学科。
等离子体的分类按产生方式分类 分为天然等离子体、人工等离子体。
天然等离子体:据印度天体物理学家沙哈(M.Saha)计算,宇宙中99 9%的物质处于等离子体状态,如恒星星系、星云等。
地球比较特别,物质大部分以凝聚态形式存在,能量水平极低。
可是在大气中,由于宇宙射线等外来高能射线的作用,每立方厘米内每秒会产生20个离子。
当然,对密度为每立方厘米1019个分子的大气来讲,这种电离程度太微小了。
但是雷雨时的闪电,可使大气达到很高的电离度,形成可观的等离子体。
大气上部出现的极光,以及黑夜天空中的余辉,则是另一种形式的等离子体。
人工等离子体:我们周围随处可见人工产生的等离子体,如日光灯、霓虹灯中的放电等离子体,等离子体炬(焊接、新材料制备、消除污染)中眩目的电弧放电等离子体,爆炸、冲击波中的等离子体以及气体激光器和各种气体放电中的电离气体。
按电离度分类 通常,等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子,如原子或分子以及原子团)等三种粒子。
设其密度分别为n e 、n i 、n n ,定义电离度 =n e /(n e +n n ),以此来衡量等离子体的电离程度,这时等离子体可分为以下三类。
=1,称为完全电离等离子体,如日冕、核聚变中的高温等离子体,其电离度是100%。
0 01< <1,称为部分电离等离子体,我们日常见到的大部分等离子体,如大气电离层、极光、雷电、电弧焊、电晕放电等都属于部分电离等离子体。
<0 01时,称为弱电离等离子体,如火焰中的等离子体大部分是中性粒子,带电粒子成分较少,属于弱电离等离子体。
按热力学平衡分类 根据离子温度与电子温度是否达到热平衡,可把等离子体分为三类。
完全热力学平衡等离子体:当整个等离子体系统温度T >5 103K 时,体系处于热平衡状态,各种粒子的平均动能都相同,这种等离子体称为热力学平衡等离子体,简称平衡等离子体。
局域热力学平衡等离子体:顾名思义,就是局部处于热力学平衡的等离子体。
30 现代物理知识非热力学平衡等离子体:通过低气压放电获得等离子体时,气体分子的间距非常大。
自由电子可在电场方向得到较大加速度,从而获得较高的能量。
而质量较大的离子在电场中则不会得到电子那样大的动能,气体分子也一样。
所以,电子的平均动能远远超过中性粒子和离子的动能,电子的温度可高达104K,而中性粒子和离子的温度却只有300~500K 。
这种等离子体处于非平衡状态,所以称为非热力学平衡等离子体,简称非平衡等离子体。
按系统温度分类 分为高温等离子体、低温等离子体。
高温等离子体中的粒子温度T >108~109K,粒子有足够的能量相互碰撞,达到了核聚变反应的条件。
低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子体两种。
热等离子体是稠密气体在常压或高压下电弧放电或高频放电而产生的,温度也在上千乃至数万开,可使分子、原子离解、电离、化合等。
冷等离子体的温度在100~1000K 之间,通常是稀薄气体在低压下通过激光、射频或微波电源激发辉光放电而产生的(见图2)。
图2 冷等离子体的温度可以达到不灼烧皮肤的程度按产生等离子体的方法和途径分类 除自然界本身产生的等离子体外,人为发生等离子体的方法主要有气体放电法、射线辐射法、光电离法、热电离法、冲击波法等。
其中化工中最为常见的是气体放电法。
根据所加电场的频率,气体放电可分为直流放电、低频放电、高频放电、微波放电等多种类型;根据其放电形式又可分为汤生、电晕、辉光、弧光、无声(介质阻挡)等离子体等;根据气压可分为低压(辉光、微波等)等离子体和常压(电晕、无声等)等离子体。
等离子体的主要用途高温等离子体主要用于能源领域的可控核聚变。
托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束实现受控核聚变的环形容器。
它的名字来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(m agnit)、线圈(kotushka)的首字母。
最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。
我国的托卡马克以探索无限而清洁的核聚变能源为目标,由中国科学院等离子体物理研究所设计制造,总投资近3亿元。
托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。
通电时,托卡马克内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。
低温等离子体广泛用于很多生产领域,如大规模集成电路制备中的等离子体化学刻蚀、等离子体平面显示器、等离子体化工合成及转化、纺织品等材料表面的等离子体改性、等离子体增强化学气相沉积制备各种新型材料等。
超大规模集成电路的电路刻蚀传统方法主要采取湿法刻蚀。
等离子体刻蚀具有干燥、环保、均匀性好等优点,而且对电路板的厚度无限制。
等离子显示器是继液晶显示器之后的最新显示技术之一,能够适应未来数字化传播的要求。
其显示原理为,气体在电场作用下,变成带电的原子或分子并发出光。
所谓等离子彩电是指在两张薄玻璃板之间填充混合气体,施加电压使之变成等离子体,然后使等离子体放电,与基板中的荧光体发生反应,产生彩色影像。
等离子彩电又称 壁挂式电视 ,不受磁场影响,具有机身纤薄、重量轻、屏幕大、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、失真度小、节省空间等优点。
材料表面改性方法包括化学和物理方法。
化学方法通常比较繁琐,且大量应用有毒化学试剂,容易造成环境污染,对人体也有极大危害。
与其相比,等离子体表面处理技术可以获得持久的表面改性,并且不会改变物质的本身特性,具有工艺简单、无毒性、操作简便、易于控制、投资小、无环境污染等优点。
利用低温等离子体进行杀菌消毒能够替代常规杀菌消毒法。
低温等离子体杀菌消毒技术几乎具备理想杀菌消毒法所应具备的全部条件:与高压蒸汽灭菌、干热灭菌法相比,灭菌时间短;与1,2-亚乙基氧为主体的化学灭菌法相比,操作温度低;能够广泛用于多种材料和物品的灭菌(可对各种形状基材及管内壁等进行处理);特别是在切断电源后,产生的各种活性粒子能够在数毫秒内消失,所以无需通风,不会对操作人员构成伤害,安全可靠。
目前国内31 19卷1期(总109期)超分子液晶崔英敏 吕 刚一、超分子化学与液晶简介近年来,超分子化学成为化学科学中分子设计领域的一个中心课题。
超分子化学可定义为 分子之上的化学 ,即超越分子的化学,它与分子化学的区别在于,分子化学主要研究原子之间通过共价键(或离子键)形成的分子实体的结构与功能,而超分子化学则研究两个或多个分子通过弱键相互作用结合而成的化学实体的结构与功能。
超分子 这一术语是由德国科学家沃尔夫(K.L.Wolf)等人于20世纪30年代提出的,起初用来描述由配位离子和带相反电荷的离子组成的化合物分子相互作用形成的高度组织的实体。
但超分子化学成为一门独立学科则是始于20世纪60年代,由于在研究碱金属阳离子的配位化学时发现了几类作用力强而且选择性高的配体,使其得到迅猛发展。
后来法国的莱恩(J.M.Lehn)将这一研究领域发展为超分子化学。
莱恩在获得1987年诺贝尔化学奖的演说中将超分子化学定义为:研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。
分子的自组织(即系统内各个组成部分由于特图1 水分子形成的氢键示意图定的相互作用而自动形成有序的结构)、自组装、协同作用使建立超分子结构成为可能,分子和分子之间除共价键或离子键以外,还可能以非化学键形式发生一定的相互作用,这些相互作用与已知的化学键不同,要比化学键弱一些,因此将这种相互作用称为弱键或非键相互作用,而形成超分子的主要原因就是分子间存在这些非键相互作用,这些作用包括:氢键(hydrog en bonds)、范德华力(van der Waals forces)、疏水力(hydrophobic interaction)。
氢键 即氢原子通常容易与F 、O 、N 等原子以共价键形成强极性键的共价键化合物,这个共价键化合物上的氢原子还可以与另一个分子中具有孤对电子、电负性大、半径小的原子,如F 、O 、N 等原子,形成具有X-H Y 形式的物质。
这时氢原子与Y 原子之间的定向吸引力叫做氢键,以H Y 表示,常见的如一个水分子中的氧原子容易和另一个水分子中的一个氢原子形成氢键(如图1)。
范德华力 最早是由荷兰科学家范德瓦尔斯在研究气体行为时提出的,他发现气相分子之间存在吸引和排斥的作用,用范德华方程校正实际气体对理想气体的偏离,因而称其为范德华力,简称范氏力。
疏水力 为了减少有序水分子的数量,非极性分子如苯、环己烷等有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势,人们将保持这些非极性分子聚集在一起的相互作用称为疏水相互作用,将它们之间的力称为疏水力。
由于这些相互作用的强度比通常的化学键如共价键、离子键等弱,因此有人也称其为弱键或图3 等离子体天线外已将这一技术广泛用于包括食品加工和医疗卫生在内的诸多领域。
等离子体在军事中也有应用,如等离子体天线(见图3)、等离子体隐形武器等。
等离子体隐形技术是近年兴起的新技术,其优越性在于武器装备几乎不作任何结构和性能上的改变,通过等离子体层对雷达波具有特殊的吸收和折射的特性,就使其反射回雷达接收机的能量很少,导致敌方的探测系统难以侦察和发现,从而达到隐形的目的。
总之,等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用。