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在我們生活的地球上，大氣中存在著一類含量稀少卻至關(guān)重要的氣體 —— 稀有氣體。其中，氖氣以其獨(dú)特的性質(zhì)，在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用，宛如一顆璀璨的明星，照亮了眾多工業(yè)發(fā)展的道路。

氖氣，化學(xué)符號為 Ne，是一種無色、無味、無毒的單原子氣體。它在空氣中的含量極低，僅占約 0.0018%，屬于稀有氣體家族的一員。正是由于其含量稀少，使得氖氣的獲取相對困難，也因此顯得更加珍貴。

一、照明領(lǐng)域的多彩使者

氖氣在照明領(lǐng)域的應(yīng)用可謂歷史悠久且廣為人知，霓虹燈便是其最具代表性的杰作。當(dāng)電流通過充有氖氣的密封玻璃管時，神奇的現(xiàn)象發(fā)生了。管內(nèi)的氖原子在電場加速的電子碰撞下，外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。而激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，很快又躍遷回基態(tài)，這個過程中多余的能量以光子的形式釋放，從而產(chǎn)生了明亮且穿透力極強(qiáng)的橙紅色光。這種獨(dú)特的發(fā)光原理，使得霓虹燈成為城市夜晚一道亮麗的風(fēng)景線。

霓虹燈的色彩并非只有單一的橙紅色。通過在玻璃管內(nèi)添加其他元素或化合物，再結(jié)合熒光粉涂層，能夠變幻出豐富多彩的顏色。例如，加入少量汞可產(chǎn)生藍(lán)色或綠色光，進(jìn)而制作出色彩斑斕、絢麗奪目的霓虹燈招牌，廣泛應(yīng)用于商業(yè)廣告領(lǐng)域，為城市的繁華增添了濃厚的氛圍。

除了霓虹燈，氖氣在汽車照明和機(jī)場跑道照明等方面也有著重要應(yīng)用。在汽車照明中，氖氣大燈相比傳統(tǒng)鹵素大燈，具有更高的亮度、更好的照明效果以及更遠(yuǎn)的照明距離和更寬廣的照明范圍，大大提升了汽車夜間行駛的安全性。同時，氖氣還用于汽車內(nèi)飾的氛圍照明，通過在車內(nèi)裝飾線條、儀表盤等位置安裝小型氖氣照明裝置，營造出舒適、溫馨或充滿科技感的車內(nèi)氛圍，提升了車輛的整體檔次。

在機(jī)場跑道照明系統(tǒng)中，氖氣燈憑借其高強(qiáng)度、高可靠性以及明亮且穩(wěn)定的照明特點(diǎn)，成為保障飛機(jī)起降安全的關(guān)鍵設(shè)備。其高能見度和廣發(fā)光范圍，能讓飛行員在遠(yuǎn)距離和低能見度情況下，清晰地看到跑道的輪廓和位置。而且，氖氣燈的長使用壽命有效減少了跑道照明設(shè)備的維護(hù)頻率，降低了運(yùn)營成本。

二、半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵元素

在當(dāng)今高度發(fā)達(dá)的電子信息時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為核心支柱，其重要性不言而喻。而氖氣，在半導(dǎo)體制造過程中扮演著不可或缺的角色。

在光刻工藝這一半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，氖氣是產(chǎn)生激光的重要原材料。尤其是在深紫外（DUV）曝光環(huán)節(jié)，氖氣作為激光器中氬氣（Ar）和氪氣（Kr）的緩沖氣體，對于將電路圖案精確轉(zhuǎn)移到基板上起著關(guān)鍵作用。以 ArF 準(zhǔn)分子激光器為例，其中使用的氬 / 氟 / 氖氣體中，氖氣占激光氣體混合物的 96% 以上?？梢哉f，沒有氖氣，就難以實(shí)現(xiàn)高精度的光刻，半導(dǎo)體芯片的制造也將無法達(dá)到如今的先進(jìn)水平。

由于全球政治局勢等因素的影響，氖氣的供應(yīng)曾面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。烏克蘭作為氖氣的主要生產(chǎn)國，為全球供應(yīng)了接近 70%（另有數(shù)據(jù)稱 50% 左右）的氖氣。然而，俄烏沖突的爆發(fā)，使得氖氣供應(yīng)出現(xiàn)短缺，這對全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈造成了巨大沖擊，氖氣價格也隨之飆升。在此形勢下，各大半導(dǎo)體企業(yè)紛紛尋求應(yīng)對之策。三星電子計(jì)劃在芯片生產(chǎn)中使用回收的氖氣，并已成功將其用于芯片量產(chǎn)，且不影響芯片質(zhì)量。通過這一舉措，三星電子預(yù)計(jì)從明年開始，使用回收氣體滿足光刻工藝 75% 的氖氣需求，大幅減少對進(jìn)口氖氣的依賴，既降低了成本，又穩(wěn)定了供應(yīng)鏈，同時還減少了碳足跡。SK 海力士也在積極行動，不僅早在 2022 年就成功實(shí)現(xiàn)氖氣的首次國產(chǎn)化，還與特種氣體生產(chǎn)商 TEMC 合作開發(fā)氖氣回收技術(shù)，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省 3000 萬美元。這些舉措充分顯示了氖氣在半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵地位，以及企業(yè)為保障其供應(yīng)所做出的努力。

三、低溫工程的高效制冷劑

在低溫工程領(lǐng)域，氖氣憑借其獨(dú)特的物理性質(zhì)，成為一種極為優(yōu)秀的制冷劑。

眾所周知，氦的液體溫度范圍為 2×10 -3—5.20K，氫的液體溫度范圍為 14.2—33.0K，而氖的液體溫度范圍為 24.5—44.40K。液氖具有沸點(diǎn)低、蒸發(fā)潛熱高以及極大的惰性等特點(diǎn)。其蒸發(fā)潛熱大，按同體積液體計(jì)算，液氖的制冷能力為液氫的 2.7 倍。這使得在 25 - 40K 的溫度區(qū)間內(nèi)，氖氣常常被用作實(shí)驗(yàn)的安全冷卻劑，替代氫等其他制冷劑。

在實(shí)際應(yīng)用中，通過在液氖上部抽出蒸氣，很容易使液體氖變?yōu)楣腆w氖。因?yàn)槟实娜帱c(diǎn)溫度只比它的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低約 2.5K，在把氖作為制冷劑應(yīng)用時，利用固體氖的熔化潛熱可使氖的有效產(chǎn)冷量增加 20%。為了能夠把大空間快速抽成真空狀態(tài)，經(jīng)常使用液氦低溫泵，若真空要求不高，也可以采用液氖低溫泵。用氖做介質(zhì)制成的封閉循環(huán)式微型制冷機(jī)，可被用于導(dǎo)彈的紅外檢測器。在高能粒子檢測和研究用的氣泡室中經(jīng)常使用液氖，美國在氣泡室應(yīng)用方面對氖氣的一次性需求量很大。此外，液體氖還被用于對自由基的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液體氖作為 25 - 40K 的低溫冷卻劑，將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，受到越來越多的重視。

許多電子器件中的熱噪聲在低溫下會減少，因此，許多無線電、紅外線和其他輻射檢測儀器可以使用氖循環(huán)制冷，以增加它們的靈敏度，這也進(jìn)一步拓展了氖氣在低溫工程相關(guān)電子設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。

四、其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

1. 氣體檢測與分析：在一些氣體檢測儀器中，氖氣也發(fā)揮著重要作用。例如，放射性離子化檢測器需要用到氖氣，在 Geiger - Muller 計(jì)數(shù)器中，常利用含氖、氬和氦的混合氣。此外，在某些高壓電子管轉(zhuǎn)換開關(guān)和調(diào)整管中，也會填充氖氣。在示蹤粒子檢測器中，氖氣是火花室和電子流室常用的填充氣，有助于檢測和分析特定的粒子或氣體成分。

2. 深海潛水呼吸氣：在深海潛水作業(yè)中，潛水員面臨著高壓環(huán)境帶來的諸多挑戰(zhàn)。普通壓縮空氣在水深較大時，呼吸阻力高，且其中的氮會部分溶解在血液中，產(chǎn)生麻醉作用，危及潛水員的生命安全。由于輕氦族氣體（如氦、氖）對人體的麻醉能力很小或完全沒有麻醉能力，因此可以用它們來代替氮配制潛水員深海作業(yè)用呼吸混合氣。氖 - 氧呼吸混合氣具有聲音畸變小和傳熱性差的優(yōu)點(diǎn)，適用于 100 - 300m 的深水作業(yè)。不過，由于氖氣價格昂貴且呼吸阻力較大，在超過 300m 的深度，通常會使用氦 - 氧呼吸混合氣。目前，為了克服各自的缺陷和不足，科研人員正在研究采用氖、氦、氧按不同比例配制深海潛水呼吸氣的可能性。

3. 激光技術(shù)：氖氣在激光技術(shù)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。氦氖激光器是第一種氣體激光器，也是重要的紅色放射源。在氦氖激光器中，氦氖混合氣體是工作物質(zhì)，其中氖原子可發(fā)射激光，氦氣則用來改善混合氣體的放電特性，提高激光器的輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率。這種激光器在醫(yī)學(xué)治療（如激光理療和針灸、弱激光血管內(nèi)照射等）、植物育種、建筑測量、準(zhǔn)直指示、照排印刷和激光陀螺等方面均發(fā)揮著重要作用。氦 - 氖激光對生物體有刺激作用，可刺激皮膚蛋白的合成，影響酶活性，增加紅細(xì)胞數(shù)量，加速血管生長，促進(jìn)創(chuàng)面愈合；還可作用于神經(jīng)末梢調(diào)節(jié)機(jī)體狀況，有消炎、鎮(zhèn)痛和止癢作用，對潰瘍、炎癥等有一定療效。

4. 真空避雷器：真空避雷器里常充有氦氣、氬氣或氖氣。當(dāng)雷電落入到線路上時，避雷器內(nèi)的氣體被電離，會發(fā)出紫色的輝光，從而起到保護(hù)電路設(shè)備免受雷擊損害的作用。

氖氣作為一種稀有氣體，雖然在自然界中含量稀少，但其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使其在工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用價值。從照明領(lǐng)域的絢麗多彩到半導(dǎo)體制造的精密關(guān)鍵，從低溫工程的高效制冷到其他諸多工業(yè)應(yīng)用場景，氖氣都發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，相信氖氣將在更多領(lǐng)域綻放光芒，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。