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你们对力量一无所知日常热饭的微波炉竟然能制造等离子
发表日期:2019-05-18 22:22| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:编者按:来自马里兰大学的Benjamin Barnes和他的同事发觉了用微波炉制造等离子的方式。这是 编者按:来自马里兰大学的Benjamin Barnes和他的同事发觉了用微波炉制造等离子的方式。这长短常成心义的,它使一些工作离开了专业尝试室里也能做,好比在厨房里,或

  编者按:来自马里兰大学的Benjamin Barnes和他的同事发觉了用微波炉制造等离子的方式。这是

  编者按:来自马里兰大学的Benjamin Barnes和他的同事发觉了用微波炉制造等离子的方式。这长短常成心义的,它使一些工作离开了专业尝试室里也能做,好比在厨房里,或者在本科以至是高中研究尝试室中。本文经授权译自MIT Technology Review原题目为 How to turn a kitchen microwave into a plasma-etching device的文章。

  在我们学过的所有高中讲义中,物质的根基形态根基就是以下三种:气体、液体和固体,这些形态是直观的,并且是可控的。可是,物质其实还有第四种具有形态,这种形态大大都人都不太熟悉,由于它在地球上是不克不及自在具有的。

  那就是等离子体,这是一种电子从原子中剥离出来的气体。(等离子体又叫做电浆,是由部门电子被剥夺后的原子及原子团被电离后发生的正负离子构成的离子化气体状物质,其活动次要受电磁力安排,并表示出显著的集体行为。它普遍具有于宇宙中,常被视为是除去固、液、气外,物质具有的第四态。等离子体是一种很好的导电体,操纵颠末巧妙设想的磁场能够捕获、挪动和加快等离子体。)太阳就是由离子和电子构成的,并且在宇宙空间中,大部门都充满了等离子体。但在地球上,等离子体并不是物质具有的常态,等离子体在地球上倾向于短暂具有,例如在闪电中。

  然而,在过去的100年里,科学家和工程师们就起头操纵这种形式的物质来缔造光(氖灯是等离子体),并以一种改变其概况特征的体例与材料进行交互。

  由于等离子体凡是很难制造和节制,所以它们凡是被限制在工业机械范畴或特地的尝试室里。可是,一种用来制造和节制等离子体的更简单的方式改变了现状。

  马里兰大学的Benjamin Barnes和他的几位同事找到了用通俗的厨房微波炉制造等离子体的方式。他们的手艺斥地了全新的研究这种奇异物质的方式,也许为它们的使用斥地了道路。

  起首,我们需要领会一些学问布景。制造等离子体的一种方式是用强大的电场分化分子。这就发生了离子,然后电场加快离子,导致它们撞向其他分子。这些碰撞使电子离开原子,发生更多的离子。

  在恰当的环境下,这个过程会触发一系列反映,导致整个气体被电离。

  Barnes和他的同事们研究出了若何在尺度的厨房微波炉中做到这一点。他们还用到了一个廉价的玻璃烧瓶,用来连结真空和密封。

  厨房微波炉发生的长在12厘米摆布。这些电磁辐射波出格影响一端带正电,另一端带负电的极性分子。

  水分子是极性分子的一个很好的例子。当交变磁场发生变化时,水分子试图与磁场连结分歧。分子扭转过程中使他们撞向其他分子,从而提高了水的温度。

  可是若是分子的密度很低,他们就不会撞到其他分子,因而也无法耗损这些额外的能量。在这种环境下,交替场会使水分子扭转得更快,最终分裂。

  这就是触发等离子体构成的过程。Barnes和他的同事操纵这种方式从烧瓶中吸出空气形成低压。低压气体次要由氮气和氧气构成,但也不成避免地会有一些水分子。

  然后,Barnes的团队把烧瓶放在微波炉里,然后打开微波炉。微波扯破了烧瓶内的水分子并使烧瓶中的粒子加快。若是压强足够低,它们就会获得足够的动能,将电子从氮分子平分离出来,然后就会发生一系列的反映。这就发生了一种能发出温和蓝光的等离子体。

  但这个阶段只持续几秒钟。很快,这个过程就起头扯破氧原子,构成了紫色的光,使等离子体改变颜色。

  Barnes团队在他们的尝试中切当察看到了这种颜色的变化,虽然他们必需小心地节制烧瓶中的压力。过多的气体味阻遏水分子获得足够的动能来触发系列反映。

  而气体过少则意味着碰撞的可能性更小,所以等离子体更难构成。Barnes和他的同事们说,他们的方针是在衡量利弊,找到最佳的气体含量。

  为了更好地领会尝试现象,研究小组阐发了等离子体发生光的光谱,以揭示氧气和氮气的特征。而且他们用厨房里的微波炉里制造出了等离子体。

  这长短常成心义的,使一些工作不在专业尝试室里也能做。例如,Barnes团队展现了若何利用等离子体来改变聚二甲基硅氧烷的特征,即PDMS,这是一种常见的硅基聚合物。

  凡是来讲,它具有亲水性,可是在等离子体中浸泡几秒钟就会使它变得具有疏水性。通过丈量水滴与概况的接触角度,能够对该属性进行量化。在浸泡前,PDMS与水滴的接触角是64度,而浸泡后,角度添加到134度。

  这可能是由于在接触过程中,等离子体中的各类离子会嵌入到材料概况,而这些离子是排斥水的。

  该团队继续展现若何改变概况,使其更具粘性,以至能够改变其电子属性。

  这是一项风趣的工作,不只能够发生在尝试室里,也能够在厨房里完成。这必定能成为一种有用的讲授方式,并且它也能够让家居制造商进行等离子清洗和蚀刻尝试。

  正如Barnes和他的同事们总结的那样:“这种简单的等离子体生成手艺和随后的概况处置改良可能会带来新的机遇,使大师不只能在先辈的尝试室,并且在本科以至是高中研究尝试室中都能进行相关研究。”

  编译组出品。译者:刘麦麦 Jane,编纂:郝鹏程。

  标签:等离子体 微波炉 等离子 气体

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