乌克兰局势牵动芯片危机，只因为这种稀有气体

乌克兰局势牵动着全世界人的心，冲突之下，受影响的不仅是平民的生活，还有氖气的供应。

乍一听，这似乎没什么要紧，日常生活中能接触到氖气的地方也不多。但如果从工业的角度出发，这件事还真不是那么简单。全世界芯片产业中使用的氖气，有七成来自于乌克兰。这种气体对工业来说究竟多重要？既然它也存在于空气中，为什么一定要从乌克兰买呢？

芯片工业中使用的氖气 | TAIYU GASES

氖是一种惰性气体元素，在元素周期表上排在第10位，最后一列的第二行。所有惰性气体元素都位于最后一列，不少人大概都还记得读书时学过的“氦氖氩氪氙氡”，说的就是它们。

既然是惰性气体，那么它们至少满足两个特征：一是因为它们的电子结构已经非常完整，化学性质很“懒惰”，非常难发生反应转化为其他物质；二是它们常温条件下是气态。正因为如此，空气中也含有少量惰性气体，尤以氩气最多，在空气中的比例接近于1%。氖、氪、氙相对少见，氖气在空气中仅占0.02%，而氦和氡在空气中几乎找不到。总的来说，这些气体的含量显然也不算高，所以惰性气体也被称作稀有气体。

氦氖氩氪氙氡，现在还多了一种人工合成的稀有气体元素Og | the chemistry guru

比如在照明领域，氖气的作用就无可替代。

氖的英文是Neon，它还有个意思是霓虹灯，既是音译，又饱含中文的魅力，一听就让人想到彩色的灯光。霓虹灯的主角正是以氖气为代表的一系列惰性气体。

在电磁波的激发之下，惰性气体会发生电离，处于一种激发态，但由于它们的惰性，此时它们并不会发生化学反应。激发态的惰性气体并不稳定，还会回到原先的基态，在这个过程中它们必然会释放出一些能量，而释放的形式还是电磁波。如果这种电磁波刚好处于可见光的波长范围内，人眼就能看到它们所发出的光芒。

氖灯比较特别的地方在于，它的光谱不仅处于可见光范围，而且还是非常明亮的红色，所以在它被发现不久，就被主要作为填充气充入霓虹灯管中了。如今我们把这一类发光原理的灯都统称为霓虹灯，不过其他颜色的灯里填的是别的元素。

氖灯是明亮的红色｜Wikipedia

即便是很小的霓虹灯，也能发挥它的特别用途。

电工师傅都会随身携带一根测电笔，用于确认一段电路是否有电。测电笔的结构非常简单，就是如果所测位置有电，那么测电笔会有微弱的电流淌过，这时候只要有盏灯就可以证明电流的存在了。由于这个电流通常都很小，用于判断的灯光又必须足够明亮，于是小小的氖光灯又派上了用场。

一种氖气测电笔结构，其中的氖管里充的就是氖气｜Quora

氖气在发光方面的特长被发现之后，它的工业应用也据此发展。1961年，第一种气体激光器被发明出来，它使用的就是氦气和氖气，故而被称为氦氖激光器。时至今日，这仍然是最广泛使用的激光器之一。

在此基础上，还有一些更先进的激光器被开发出来，以满足更加细致的参数要求。例如光刻机中需要用激光来对芯片进行雕刻，而且不能是一般的激光，需要光谱分布非常窄的深紫外激光才能雕琢出只有几纳米宽的半导体电路。而在这项技术中，氖又成了不可或缺的原料。实际上，作为一种电子领域所使用的特种气体，高纯度的氖气说是战略资源都不为过。

一种普通氦氖激光器的结构

那么问题来了，怎样才能获取高纯度的氖气呢？

氖主要形成于恒星内部的核聚变反应过程。在整个宇宙中，氖其实是一种含量很丰富的元素，丰度排名达到第五位，仅次于氢、氦、氧和碳。但是以目前的技术水平，我们没有办法到太阳或者别的恒星上开采氖气，也没法通过核聚变大量制造氖气。

因此，廉价又无处不在的空气就成了提取氖气最合适的资源。这也就意味着只要掌握技术，任何国家都不会缺少氖气。然而，这个从空气中提取氖气的技术还真不那么容易攻破。

简单来说，空气中含量最多的两种气体是氧气和氮气，这首先要去除。而剩余的气体中还有二氧化碳、水蒸气等等，自然也要脱除。一般来说，根据不同气体沸点不同的原理，采用冷冻压缩的方式就可以除掉大部分其他气体。对于残留的部分还可以采取化学方法，比如氧气和氮气都可以借助于它们和某些金属的特殊反应实现脱除。这个时候得到的气体基本就是惰性气体的混合物了，由于它们的化学性质相近，要想进一步细分还是只能采用物理方法，比如利用沸点不同反复精馏。

稀有气体分离装置 | mfame.guru

听起来，这原理也不算多高深，但是实践起来却没那么容易，以至于全世界居然没有多少国家掌握成套的分离技术。苏联在特种工业领域投入很大，其中稀有气体的生产基地就设置在乌克兰。有了这样的沿袭，乌克兰就成了目前氖气生产量最大的国家。

位于乌克兰敖德萨的Iceblick公司，生产了全球65%的氖灯和全球15%的氪和氙灯 | The European Times

不过，尽管如很多媒体所说，乌克兰的氖气产量达到了全球的七成，但这并不代表产能。由于我国在工业领域的全面发展，对各类特种气体的需求量与日俱增，氖气也不例外。因此，近些年来，已有多家企业攻克了氖气的关键生产技术，并已建立了生产基地，总产能并不逊色于乌克兰。从这个角度来说，我们倒也不必过于担心氖气短缺的问题，毕竟它的原料就在那里，只要技术路线通了，供应也还是可以跟上。

而在战争之外，我们还是要记住，工业品还有替代产地，但是为此罹难的居民却不会复生，和平才是最值得珍惜的宝贝。

[1] https://www.reuters.com/breakingviews/ukraine-war-flashes-neon-warning-lights-chips-2022-02-24/

作者：孙亚飞

编辑：玛雅蓝、翻翻

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