首次制造出无附加条件可暴露于空气的等离子环

Mory Gharib/Caltech

等离子体是除了通常的气体、固体、液体之外的第四种物质形态。棘手的玩意。因为它们和气体一样，没有固定的形状和体积，更糟的是绝大多数情况下，它们还伴随着高温。所以我们要把它们装到特制的容器里才能利用它们，就像是等离子电视机。

但是现在，前几天，加州理工学院的工程师们只使用了纯水和石英以及铌酸锂晶体板，就在空气中使等离子体无限期处于了一个环形状态。这一实验结果打破了此前人工等离子体技术所需要的所有限制。他们的论文发表在《PNAS》上。

实验的合作者、意大利海洋技术研究所的Francisco Pereira说：“最开始，好些同事告诉我们说这是不可能的。但是我们真的用等离子体制造了一个环，只要我们愿意，就可以让它持续下去，不用真空环境也无需附加磁场或任何其他的东西。”

研究团队使用前边提到的晶体板，产生了被称为摩擦电效应的现象：也就是说，两种材质充分摩擦的情况下，会产生电荷。

中学生在学校的科学课上应该就做过类似实验——用一块丝绸摩擦玻璃棒产生静电，或者通过在头发上摩擦气球，把气球黏在衣服上。

实验中，研究人员让水流通过特殊设计的喷嘴高速喷出，以约304.8米/秒的速度冲击晶体片，堪比射出的子弹。喷出的水流宽度为85微米，尚不及人类的头发，水压为每平方英寸9,000磅(每平方厘米632.7千克)。

当水冲击带负电的晶体板时，它会在其表面上产生一个平滑的、带正电的离子流。在被水冲击那一点上，摩擦起电效应导致电子流向晶体表面，在那里它们使空气中的原子和分子发生电离。这就会产生一个发光的等离子体环，只要水流冲击不止，这个现象就会持续存在。

密苏里大学的研究人员曾经在2013年取得了类似的成果，他们使用一种可将等离子体环发射到露天的装置。然而，那些等离子环并不稳定，只能持续10毫秒。

加州理工的团队在试验中也注意到了一个不同寻常的副作用——射频干扰，导致他们的手机出现静电杂音。

Pereira解释道：“这是以前从未被人记录过的现象，我们认为这是因为我们在实验中使用的材料的压电性质。”

虽然目前还没有想到该实验成果可以转化为任何可行的商业应用，但研究人员还是申请了技术专利。他们认为，一个稳定的对环境没有要求的等离子环具有作为某种存储能源装置的潜力。

注：原文没有提及，这个环直径只有几微米，是在显微镜下可见

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。

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