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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重要的氣體 —— 稀有氣體。其中，氖氣以其獨特的性質，在工業領域中發揮著不可替代的作用，宛如一顆璀璨的明星，照亮了眾多工業發展的道路。

氖氣，化學符號為 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、照明領域的多彩使者

氖氣在照明領域的應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。當電流通過充有氖氣的密封玻璃管時，神奇的現象發生了。管內的氖原子在電場加速的電子碰撞下，外層電子從基態躍遷到激發態。而激發態的電子極不穩定，很快又躍遷回基態，這個過程中多余的能量以光子的形式釋放，從而產生了明亮且穿透力極強的橙紅色光。這種獨特的發光原理，使得霓虹燈成為城市夜晚一道亮麗的風景線。

霓虹燈的色彩并非只有單一的橙紅色。通過在玻璃管內添加其他元素或化合物，再結合熒光粉涂層，能夠變幻出豐富多彩的顏色。例如，加入少量汞可產生藍色或綠色光，進而制作出色彩斑斕、絢麗奪目的霓虹燈招牌，廣泛應用于商業廣告領域，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場跑道照明等方面也有著重要應用。在汽車照明中，氖氣大燈相比傳統鹵素大燈，具有更高的亮度、更好的照明效果以及更遠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，氖氣還用于汽車內飾的氛圍照明，通過在車內裝飾線條、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氛圍，提升了車輛的整體檔次。

在機場跑道照明系統中，氖氣燈憑借其高強度、高可靠性以及明亮且穩定的照明特點，成為保障飛機起降安全的關鍵設備。其高能見度和廣發光范圍，能讓飛行員在遠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備的維護頻率，降低了運營成本。

二、半導體制造的關鍵元素

在當今高度發達的電子信息時代，半導體產業作為核心支柱，其重要性不言而喻。而氖氣，在半導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體制造的關鍵環節中，氖氣是產生激光的重要原材料。尤其是在深紫外（DUV）曝光環節，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移到基板上起著關鍵作用。以 ArF 準分子激光器為例，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。可以說，沒有氖氣，就難以實現高精度的光刻，半導體芯片的制造也將無法達到如今的先進水平。

由于全球政治局勢等因素的影響，氖氣的供應曾面臨嚴峻挑戰。烏克蘭作為氖氣的主要生產國，為全球供應了接近 70%（另有數據稱 50% 左右）的氖氣。然而，俄烏沖突的爆發，使得氖氣供應出現短缺，這對全球半導體產業供應鏈造成了巨大沖擊，氖氣價格也隨之飆升。在此形勢下，各大半導體企業紛紛尋求應對之策。三星電子計劃在芯片生產中使用回收的氖氣，并已成功將其用于芯片量產，且不影響芯片質量。通過這一舉措，三星電子預計從明年開始，使用回收氣體滿足光刻工藝 75% 的氖氣需求，大幅減少對進口氖氣的依賴，既降低了成本，又穩定了供應鏈，同時還減少了碳足跡。SK 海力士也在積極行動，不僅早在 2022 年就成功實現氖氣的首次國產化，還與特種氣體生產商 TEMC 合作開發氖氣回收技術，預計每年可節省 3000 萬美元。這些舉措充分顯示了氖氣在半導體制造中的關鍵地位，以及企業為保障其供應所做出的努力。

三、低溫工程的高效制冷劑

在低溫工程領域，氖氣憑借其獨特的物理性質，成為一種極為優秀的制冷劑。

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。液氖具有沸點低、蒸發潛熱高以及極大的惰性等特點。其蒸發潛熱大，按同體積液體計算，液氖的制冷能力為液氫的 2.7 倍。這使得在 25 - 40K 的溫度區間內，氖氣常常被用作實驗的安全冷卻劑，替代氫等其他制冷劑。

在實際應用中，通過在液氖上部抽出蒸氣，很容易使液體氖變為固體氖。因為氖的三相點溫度只比它的標準沸點低約 2.5K，在把氖作為制冷劑應用時，利用固體氖的熔化潛熱可使氖的有效產冷量增加 20%。為了能夠把大空間快速抽成真空狀態，經常使用液氦低溫泵，若真空要求不高，也可以采用液氖低溫泵。用氖做介質制成的封閉循環式微型制冷機，可被用于導彈的紅外檢測器。在高能粒子檢測和研究用的氣泡室中經常使用液氖，美國在氣泡室應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。隨著科學技術的不斷發展，液體氖作為 25 - 40K 的低溫冷卻劑，將在更多領域發揮重要作用，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制冷，以增加它們的靈敏度，這也進一步拓展了氖氣在低溫工程相關電子設備領域的應用。

四、其他工業應用領域

1. 氣體檢測與分析：在一些氣體檢測儀器中，氖氣也發揮著重要作用。例如，放射性離子化檢測器需要用到氖氣，在 Geiger - Muller 計數器中，常利用含氖、氬和氦的混合氣。此外，在某些高壓電子管轉換開關和調整管中，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：在深海潛水作業中，潛水員面臨著高壓環境帶來的諸多挑戰。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點，適用于 100 - 300m 的深水作業。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：氖氣在激光技術領域也有廣泛應用。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，其中氖原子可發射激光，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換效率。這種激光器在醫學治療（如激光理療和針灸、弱激光血管內照射等）、植物育種、建筑測量、準直指示、照排印刷和激光陀螺等方面均發揮著重要作用。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，增加紅細胞數量，加速血管生長，促進創面愈合；還可作用于神經末梢調節機體狀況，有消炎、鎮痛和止癢作用，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。當雷電落入到線路上時，避雷器內的氣體被電離，會發出紫色的輝光，從而起到保護電路設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，但其獨特的物理和化學性質，使其在工業領域展現出了巨大的應用價值。從照明領域的絢麗多彩到半導體制造的精密關鍵，從低溫工程的高效制冷到其他諸多工業應用場景，氖氣都發揮著不可或缺的作用。隨著科技的不斷進步和工業的持續發展，相信氖氣將在更多領域綻放光芒，為人類社會的發展做出更大的貢獻。