一、物质的第四态──等离子体我们知道，物质通常处于三种聚集态，即固态、液态和气态，随着温度的变化，物质的三态之间可以互相转化。如果温度升高到104K甚至105K，分子间和原子间的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样，物质就变成了一团由电子和带正电的离子组成的混合物。发生了电离的气体，无论是部分电离还是完全电离，虽然描述普通气体的密度、温度、压强等仍适用，但它的主要性质已发生了本质的变化。在气体中电离成分只要超过1‰，它的行为就主要由电子和离子间的库仑力来支配。因此，它跟固态、液态和气态相比，是一种性质独特的全新物质聚集态，常称之为“物质的第四态”。又由于这种电离气体中电子的负电荷总数和离子的正电荷总数在数值上相等，故称为“等离子体”。概括地说，等离子体的基本特性：①导电性强：由于存在自由电子和带正电的离子，所以等离子体具有很强的导电性；②电准中性：尽管等离子体内部有许多带电粒子，但宏观上粒子所带正电荷数总是等于负电荷数，故称电准中性。由于任何微小的空间电荷密度的存在将产生巨大的电场以使其恢复原状而保持电中性，所以等离子体中电荷分离的空间和时间都很小；③与磁场的可作用性：因为等离子体是由带电粒子组成的导电体，所以可用磁场控制其形状和运动。同时，带电粒子集体运动的结果又可形成电磁场。理论研究表明，气体中的电离成分随温度升高而增大，室温下气体中电离成分微乎其微。若要使气体中电离成分达到1％，则温度必须高于10000℃。通常把电离度小于0．1％的气体称为弱电离气体，又叫做低温等离子体；电离度大于0．1％的称为完全电离等离子体，也称高温等离子体。等离子体技术是一门高新技术，尽管很年轻，但发展很快。简介几种于下。等离子体光源用来装饰城市夜景的绚丽多彩的霓虹灯所发出的光，就是利用了等离子体的发光特性。其基本原理是：将玻璃管弯成一定形状，抽成真空，再充人少量的特殊气体，然后在玻璃管两端封上电极，接上l万伏左右的电压（电流极小），管内气体在强电场作用下电离，形成低温等离子体，并发出光来，这一过程叫做“辉光放电”。充入不同气体，能发出不同颜色的光。等离子体显示它是一种利用气体发光高精度的平面显示装置，由两块相距几百微米的玻璃板组成，四周用低熔点玻璃密封，将空腔抽成真空，再充以某种气体（如氖气，气压为几百毫米汞柱），两块玻璃板内侧的相对两个面喷有，（二氧化锡）透明导电膜，作为等离子体显示板的两个电极，应用光刻技术把导电膜制成一定图案，然后在电极上覆盖一层透明介质薄膜。当等离子体显示板两电极接上电压后，空腔内所充气体产生辉光放电，形成等离子体，发出鲜艳的霓虹色光，将图形显示出来。等离子体显示的优点有：①结构简单，制作成本低，显示板厚约为0．5～1．2cm左右，视角大于120℃；②亮度高，使用寿命长；③响应速度快，显示精度高。因此，这种新技术问世不久，应用就很广泛，如用等离子体显示板做成的平板型电视屏幕，像一副镜框那样挂在墙壁上就可以收看电视节目。等离子体加工等离子体的高温特性可用于对难熔金属进行切割、喷涂和焊接加工。具体地说①切割：典型的等离子体弧温度高达1～2万摄氏度，喷速可接近声速，特别适宜对耐高温金属材料（如不锈钢、钛、铂、钨、钴及其合金等）进行切割，且切口狭窄光洁；由于工件可以不作为一个电极，因而还可切割大理石、花岗岩和混凝土等硬质非金属材料。②喷涂：除了一般等离子体弧发生器所需的工作气体、冷却水和电源外，还需一个送粉器，采用适当的方法将所要喷涂的难熔金属粉末或非金属粉末送入喷嘴中，在喷嘴中温度很高的等离子体将粉末迅速熔化，并以极高的速度将其喷涂到待涂工件上，牢固粘着在工件表面。它们以液态存在几个微秒（）的时间，然后迅速固化，形成一个具有特殊性能的薄层。这种技术用于对火箭燃烧室的内壁、火箭发动机的喷嘴、汽缸、曲轴、活塞等工件喷涂一层耐热耐磨的特殊涂层。③焊接：等离子体焊接可分为冷丝等离子体焊接、热丝等离子体焊接、预制等...
