强大的微波磁场可实现更高效的等离子体

由金属离子和电子组成的热气体称为等离子体，广泛用于许多制造工艺、化学合成以及从矿石中提取金属和焊接。来自东北大学和丰桥工业大学的合作研究小组发明了一种新型有效的方法，在微波谐振器中的强磁场下从固体金属制造金属等离子体。他们在AIP Advances杂志上报告了他们的创新。

在制造等离子体的最传统方法中，对气体或液体施加强电场。这可能需要大量的能量。最近，微波辐射也被利用来产生等离子体，因为它将原子转化为可以更有效地驱动所需化学过程的形式，以及其他优点。微波产生的等离子体现在被用于商业过程，包括半导体制造、钻石沉积和从矿石中释放金属。

然而，到目前为止，这涉及多模微波发生器，其产生微波的混乱分布。该团队取得的一项关键进展是应用单模微波发生器来生产他们的金属等离子体。这创造了更多受控和高度聚焦的微波。

“我们希望我们的工艺可以显着提高等离子体技术在许多应用中的效率，并提高商业领域的盈利能力，”化学家Jun Fukushima说，他与电子工程师Satoshi Fujii一起开发了该技术。

研究人员遇到的一个重大挑战是，他们的初始等离子体不能稳定超过十分钟。因此，他们重新设计了设备，最终实现了更长的稳定性。最终也是更具创新性的系统包含一个双石英管，将转化为等离子体的固体材料位于内管内。

研究人员预计，他们的技术对于从矿石中提取纯稀土金属特别有用。这些金属，如铈、镧和钕，正被广泛用于大规模应用，包括制造电动汽车的可充电电池。东北大学和丰桥工业大学团队已经演示了使用钙和镁等离子体从氧化物矿石中释放钪和钒原子。

“这是一种利用等离子体的新型非常规方法，我们认为这对于降低未来材料科学应用的能源需求至关重要，”福岛说。

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