[科普中国]-等离子

简介概念

当电离过程频繁发生，使电子和阳离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。1

特点等离子态下的物质具有类似于气态的性质，比如良好的流动性和扩散性。但是，由于等离子体的基本组成粒子是离子和电子，因此它也具有许多区别于气态的性质，比如良好的导电性、导热性。特别的，根据科学计算，等离子体的比热容与温度成正比，高温下等离子体的比热容往往是气体的数百倍。1

用途等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值。

切割机在工业上的应用有等离子切割机，等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。2

焊机等离子弧是离子气被电离产生高温离子气流，从喷嘴细孔中喷出，经压缩形成细长的弧柱，其温度可达18000-24000K，高于常规的自由电弧，如：氩弧焊仅达5000-8000K。由于等离子弧具有弧柱细长，能量密度高的特点，因而在焊接领域有着广泛的应用。

等离子焊机具有以下明显特点：

1.高效高质量的等离子焊接工艺方法，利用等离子电弧良好的小孔穿透的能力，在保证单面焊双面成型的同时，尽量提高焊接速度，是TIG焊接效率的5~7倍。

2.采用等离子与TIG复合焊，等离子打底，TIG盖面，可以更加有效提高焊接质量和效率。TIG焊的自由电弧有良好的覆盖能力，再配合上适量的填充金属重熔，达到正面成形美观的效果，是单枪等离子焊接效率的1.3-1.5倍。

3.主要针对薄壁3~10mm不锈钢板、钛合金板等材料容器的纵环缝焊接。

4.对于壁厚8mm以下不锈钢板、壁厚10mm以下钛合金板不开坡口可实现单面焊双面成型。3

显示屏和电视简介

等离子彩电PDP（Plasma Display Panel）是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电压利用荧光粉发光成像的设备。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，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”，不受磁力和磁场影响，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。

等离子是采用近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新—代显示设备，二十一世纪以来市场上销售的产品有两种类型，一种是等离子显示屏，另一种是等离子电视，两者在本质上没有太大的区别，唯一的区别是有没有内置电视接收调谐器。

由于PDP发展初期主要是针对商业展示用途，所以当前仍有很多PDP都没有内置电视接收调谐器，也就是说，不能直接接收电视信号。因此如果选择的是这种产品，那么只能通过卫星解码器或录像机等其它设备来兼作电视讯号调谐接收器，也可另购—个电视接收器。在二十一世纪，等离子已经开始面对家庭用户设计生产，二十一世纪生产的部分等离子开始内置电视接收器，这些机型预先就设有RF射频连接端子，可以直接播放电视节目。

大部分国产的PDP都是内置电视接收器，如海信、上广电SVA和TCL的多款产品。而国外的厂家，有些产品采用外置电视接收器，也有部分产品采用内置电视接收器。一般把外置电视接收器的PDP称为等离子显示屏，把内置电视接收器的PDP称为等离子电视，选购时应问清楚是否带电视接收功能。

等离子显示屏PDP是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子腔作为发光元件。大量的等离子腔排列在一起构成屏幕。等离子显示屏的屏体是由相距几百微米的两块玻璃板组成，与空气隔绝，每个等离子腔体内部充有氖、氙等惰性气体，密封在两层玻璃之间的等离子腔中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子腔体作为一个像素，其工作机理类似普通日光灯。这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，而电视彩色图像由各个独立的像素发光综合而成。

特点

等离子（PDP）电视与传统的CRT电视机相比，PDP电视机的最突出特点就是“大而薄”，其他的特点还表现在：

薄而轻的结构。由于PDP显示模块配身具有薄而轻的特点，决定了显示屏在总体上相应的结构特征，同时显示尺寸的增大也不需要相应地增大屏体的厚度。

宽视角。PDP可以做到和CRT同样宽的视角，上下左右大于160度。而液晶（LCD）在水平方向视角一般为120度左，垂直方向则更少。

防电磁干扰。由于显示原理的差别，来自外界的电磁干扰，如马达、扬声器等，对PDP的图像几乎没有影响。相比之下，CRT受电磁场的干扰要明显得多。

纯平的图像无扭曲。PDP的RGB栅格在平面上呈均匀分布，而在纯平CRT中内表面非平的，会造成典型的枕形失真。并且当画面的局部亮度不均匀时，CRT往往还会产生相应的图像扭曲失真，而PDP就不有这种现象。

没有会聚和聚焦问题。

“烧屏”。所谓的烧屏，并不是冒烟、着火现象，而是指等离子屏幕上的不可逆转的灼伤现象，也就是屏幕上无法消除的图像轮廓，通常只是淡淡痕迹，如果不是近看，较难发觉。虽然等离子电视技术已经大大提升，但是烧屏终究难以彻底消除，但烧屏现象却是可防可控的。

等离子电视机属于高新尖端的电子产品。等离子电视机的使用寿命是普通电视机的两倍左右，如果一台普通电视机的使用寿命是10年，那么等离子就可使用20年左右，并且等离子电视在显示、色彩等许多方面都优于普通电视机。等离子显示技术已在消费级市场几乎绝迹，而其消失似乎只是时间问题。4

隐形飞机等离子体另一个重要应用是一些特殊的化学元素形成一个宏观温度并不高，但电子温度可达到摄氏几万度的低温等离子体，这时，物质间会发生特殊的化学反应，因此可用来研制新的材料．如在钻头等工具上涂上一层薄薄的氮化钛来提高工具的强度、制造太阳能电池、在飞机的表面上涂一层专门吸收雷达波的材料可躲避雷达的跟踪（即隐形飞机）……这些被称为等离子体薄膜技术。

工作原理

这是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。

在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。 当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。等离子体显示器技术按其工作方式可分为电极与气体直接接触的直流型PDP和电极上覆盖介质层的交流型PDP两大类。二十一世纪研究开发的彩色PDP的类型主要有三种：单基板式（又称表面放电式）交流PDP、双式（又称对向放电式）交流PDP和脉冲存储直流PDP。1

手术系统“等离子体”技术，是以特定超低频率100Khz电能激发介质（Nacl）产生等离子体，等离子体中的高速带电粒子直接打断分子键，使蛋白质等组织裂解汽化成H2，O2，CO2，N2和甲烷等低分子量气体。

普通高频500-4000KHz可改变电场下，粒子一方面无法获得足够的加速时间，处于往复的震荡状态；另一方面高频下加剧的分子摩擦会产生较强的热效应，且频率越高产热越多。

但100KHz低频稳定电场下，粒子则会获得更长的加速时间，最终形成带有更大动能的高速带电粒子，直接打断分子键。此外因频率低，较之高频大大降低了分子间的摩擦产热，使切割、消融和止血等过程都在40℃~70℃内完成，从而实现微创效应。

电外科设备经历了“电刀”—“普通射频”—“等离子体射频”，由低向高的发展阶段。

“等离子体”技术用直接的“汽化”工作方式彻底改变了传统“射频”的“热能”工作方式，40℃~70℃的组织汽化替代了传统“切割”、“止血”等过程中上百度高温对组织的灼伤破坏作用，大大降低了手术过程中的创伤。

“等离子体”技术在临床治疗中产生的微创效应正是未来医学发展的趋势。1

其他用处另外，还可用等离子体脱掉烟尘中的硫、用等离子体照射种子来提高农作物的产量、研制大屏幕的等离子体电视机、研制等离子体火箭发动机到火星等遥远的宇宙去旅行……等离子体的应用举不胜举。

还有，等离子在医学手术治疗方面也受到重视。譬如2011年来受大众欢迎的等离子低温消融手术--用来治疗鼻炎，咽炎，打鼾等疾病。等离子低温消融手术的原理是使电极和组织间形成等离子薄层，层中离子被电场加速，并将能量传递给组织，在低温下（40℃―70℃）打开细胞间分子结合键，使靶组织中的细胞分解为碳水化合物和氧化物造成病变组织液化消融，称为等离子（不是热效应），从而达到靶组织体积减容的效果。1

其争论点产生磁场的必备条件是电荷的变化或者电荷的运动，这个是麦克斯韦电磁场理论的最基本的定理，所以如果说等离子自己能够产生磁场影响其他离子的运动，就不需要附加电压点火了，这不相当于能量是无限的，不就是永动机了吗，这就违反了能量守恒定律；
所以等离子的点火的关键步骤还是附加的电场才对，离子在电场的作用下运动就会产生磁场，这正是电磁波的构成；科技加热能够使分子电离化的，因为气体分子加热就会膨胀，而电离的本质从分子的角度出发，就是分子间的离子键断裂，如果是气体分子，要使键断裂必须要给键足够大的力，而这正是气体分子难以解决的问题，因为加热气体，只会使气体分子的运动速度加快，使得气体膨胀，键是不会断裂的，所以需要限制空间，最多能够加热到超临界温度这个正是发电站的瓶颈，而这个温度下根本就不能电离。1