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尚澜气体丨氙气的应用
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氙元素是主要用于轻型制造的气体。氙气是稀有气体之一,无味,无色,无味且无化学反应性。虽然其本身无毒,但其化合物却是强毒性的强氧化剂。 氙是由苏格兰化学家威廉·拉姆齐和英国化学家莫里斯·特拉弗斯于1898年7月在伦敦大学学院发现的。这不是他们的第一个发现。他们在这之前已经从液态空气中提取了氩,氖和氪。 他们是在工业家路德维希·蒙德(Ludwig Mond)给他们团队购买了一台新的液体空气机器时发现氙的。他们用新机器从液态空气中提取了更多的氪。然后,他们反复蒸馏了氪并分离出重气体。他们在真空管中检查了较重的气体,发现气体发出了美丽的蓝色光芒。他们将这种新气体归类为惰性气体,并将其称为氙气,它源自希腊语“ xenos”,意思是陌生人。 但是,尼尔·巴特利特(Neil Bartlett)在1962年证明氙实际上不是惰性的,可能引起反应和化合物。他通过制造氟衍生物证明了这一点。据皇家化学学会称,自那时以来,他们已经制造了100多种氙化合物。 天然氙有9种稳定同位素和20种不稳定同位素。可以与氙气形成的某些化合物包括二氟化物,氘代氙气,三氧化氙,过氧化钠,水合氙气,四氟化物和六氟化物。另一个有趣的化合物是使用大量压力产生的金属氙。 氙气是在地球大气中发现的微量气体,其含量约为2000万分之一。这使得它非常罕见。在火星大气中也发现了0.08 ppm。 氙气在平板电视制造中的应用 平板显示器市场,尤其是等离子电视对氖和氙的需求增加起到了很大的作用。等离子显示屏(PDP )用于生产大尺寸的电视显示器,(一般32in 以上),等离子显示屏在两个玻璃屏之间排列有上千个密封的小低压气体室。室内充人氛、氙等混合惰性气体作为工作媒质。
氙气在空间和卫星产业中的应用 用于卫星发射的离子发动机和离子浆推进器使用燃料氙气,由于氙气重量和密度很重,重量约是空气的4.5 倍重,主要用作卫星的轨道位置保持和机动控制。 在离子发动机磁腔的尾部,有一对分别带正电荷和负电荷的金属网,正电荷和氨离子产生的强大电磁推力把缸离子高速(约100 OOOkm/h )喷射出去,并因此产生反冲力推动飞行器向前运动。它的推力比化学燃料发动机要小得多,全速运行时,离子发动机每消耗2500W 电能只能产生l/llOkgf的推力,但是它可以长时间运转几个月甚至几年,结果,飞行器最终获得的速度可达化学燃料发动机所能达到的10 倍。 氙气的非冷凝性质,使离子火箭发动机几乎可以立即起动或关机,简化配电系统和绝缘器设计。 氙作为推进剂有以下优点:无污染,不与航天器表面材料产生化学反应。无毒,不会污染空间环境和地球生物圈。确保地面试验人员的健康和实验室内外环境的净化。氙离子火箭发动机的应用范围已经从早期的静地轨道卫星南北位置保持扩大到姿态控制、轨道机动、非推进应用作等离子体开关和行星际航行。 氙气在医疗行业中的应用 医疗领域为氙气应用提供了新的长期有潜力的增长。氙气用于加强X-射线、CAT 扫描、MRI 的成像。单靠一台MRI 设备不能检查人体肺部的许多精细结构,然而,吸人氙/氧混合气, MRI 扫描就能检测到必要的软组织精细结构,以帮助医生对许多肺部疾病做出更准确的诊断。英国伦敦皇家学院的科学家们发现氙气可帮助保护受损的神经细胞。 氙气被发现具有麻醉作用几乎60 年了,氙气作为麻醉剂不与各种手术材料发生反应, 在体内不产生代谢产物,是现知对心脑血管影响最小的一种麻醉药,而且不象其它麻醉剂对人体产生毒副作用。应用氙气麻醉具有诱导快、苏醒快,具有心脏和神经系统保护作用,同时产生镇痛作用,毒副作用小等优良特性,成为高危病人比如怀孕妇女、心脏病人及老年病人的一种理想的麻醉剂。但目前,氙气的产量远远不能满足这种潜在的高需求。氙气麻醉剂的主要缺点是成本高,可利用氙气回收装置降低成本。 氙气在电子芯片制造业中的最新应用 氙气的最新用途是用在电子芯片制造业,也是目前氙需求增长及对氙投机买卖的最重要原因,几家大型芯片制造商正使用氙气等离子蚀刻,主要用于微电子机械系统( MEMS )的制造。MEMS 设备可将微电子和微机械集成为一个整体,能在一块芯片上制作更复杂及功效更强的电路。这种技术从根本上把电脑芯片(处理数据)和传感器(收集数据)结合到一个元件上,可以批量生产,这种芯片的潜在用途不可限量,氙气蚀刻工艺就由一些半导体制造商用于生产这种超级芯片。
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