在我们生活的地球上，大气中存在着一类含量稀少却至关重要的气体 —— 稀有气体。其中，氖气以其独特的性质，在工业领域中发挥着不可替代的作用，宛如一颗璀璨的明星，照亮了众多工业发展的道路。

氖气，化学符号为 Ne，是一种无色、无味、无毒的单原子气体。它在空气中的含量极低，仅占约 0.0018%，属于稀有气体家族的一员。正是由于其含量稀少，使得氖气的获取相对困难，也因此显得更加珍贵。

一、照明领域的多彩使者

氖气在照明领域的应用可谓历史悠久且广为人知，霓虹灯便是其最具代表性的杰作。当电流通过充有氖气的密封玻璃管时，神奇的现象发生了。管内的氖原子在电场加速的电子碰撞下，外层电子从基态跃迁到激发态。而激发态的电子极不稳定，很快又跃迁回基态，这个过程中多余的能量以光子的形式释放，从而产生了明亮且穿透力极强的橙红色光。这种独特的发光原理，使得霓虹灯成为城市夜晚一道亮丽的风景线。

霓虹灯的色彩并非只有单一的橙红色。通过在玻璃管内添加其他元素或化合物，再结合荧光粉涂层，能够变幻出丰富多彩的颜色。例如，加入少量汞可产生蓝色或绿色光，进而制作出色彩斑斓、绚丽夺目的霓虹灯招牌，广泛应用于商业广告领域，为城市的繁华增添了浓厚的氛围。

除了霓虹灯，氖气在汽车照明和机场跑道照明等方面也有着重要应用。在汽车照明中，氖气大灯相比传统卤素大灯，具有更高的亮度、更好的照明效果以及更远的照明距离和更宽广的照明范围，大大提升了汽车夜间行驶的安全性。同时，氖气还用于汽车内饰的氛围照明，通过在车内装饰线条、仪表盘等位置安装小型氖气照明装置，营造出舒适、温馨或充满科技感的车内氛围，提升了车辆的整体档次。

在机场跑道照明系统中，氖气灯凭借其高强度、高可靠性以及明亮且稳定的照明特点，成为保障飞机起降安全的关键设备。其高能见度和广发光范围，能让飞行员在远距离和低能见度情况下，清晰地看到跑道的轮廓和位置。而且，氖气灯的长使用寿命有效减少了跑道照明设备的维护频率，降低了运营成本。

二、半导体制造的关键元素

在当今高度发达的电子信息时代，半导体产业作为核心支柱，其重要性不言而喻。而氖气，在半导体制造过程中扮演着不可或缺的角色。

在光刻工艺这一半导体制造的关键环节中，氖气是产生激光的重要原材料。尤其是在深紫外（DUV）曝光环节，氖气作为激光器中氩气（Ar）和氪气（Kr）的缓冲气体，对于将电路图案精确转移到基板上起着关键作用。以 ArF 准分子激光器为例，其中使用的氩 / 氟 / 氖气体中，氖气占激光气体混合物的 96% 以上。可以说，没有氖气，就难以实现高精度的光刻，半导体芯片的制造也将无法达到如今的先进水平。

由于全球政治局势等因素的影响，氖气的供应曾面临严峻挑战。乌克兰作为氖气的主要生产国，为全球供应了接近 70%（另有数据称 50% 左右）的氖气。然而，俄乌冲突的爆发，使得氖气供应出现短缺，这对全球半导体产业供应链造成了巨大冲击，氖气价格也随之飙升。在此形势下，各大半导体企业纷纷寻求应对之策。三星电子计划在芯片生产中使用回收的氖气，并已成功将其用于芯片量产，且不影响芯片质量。通过这一举措，三星电子预计从明年开始，使用回收气体满足光刻工艺 75% 的氖气需求，大幅减少对进口氖气的依赖，既降低了成本，又稳定了供应链，同时还减少了碳足迹。SK 海力士也在积极行动，不仅早在 2022 年就成功实现氖气的首次国产化，还与特种气体生产商 TEMC 合作开发氖气回收技术，预计每年可节省 3000 万美元。这些举措充分显示了氖气在半导体制造中的关键地位，以及企业为保障其供应所做出的努力。

三、低温工程的高效制冷剂

在低温工程领域，氖气凭借其独特的物理性质，成为一种极为优秀的制冷剂。

众所周知，氦的液体温度范围为 2×10 -3—5.20K，氢的液体温度范围为 14.2—33.0K，而氖的液体温度范围为 24.5—44.40K。液氖具有沸点低、蒸发潜热高以及极大的惰性等特点。其蒸发潜热大，按同体积液体计算，液氖的制冷能力为液氢的 2.7 倍。这使得在 25 - 40K 的温度区间内，氖气常常被用作实验的安全冷却剂，替代氢等其他制冷剂。

在实际应用中，通过在液氖上部抽出蒸气，很容易使液体氖变为固体氖。因为氖的三相点温度只比它的标准沸点低约 2.5K，在把氖作为制冷剂应用时，利用固体氖的熔化潜热可使氖的有效产冷量增加 20%。为了能够把大空间快速抽成真空状态，经常使用液氦低温泵，若真空要求不高，也可以采用液氖低温泵。用氖做介质制成的封闭循环式微型制冷机，可被用于导弹的红外检测器。在高能粒子检测和研究用的气泡室中经常使用液氖，美国在气泡室应用方面对氖气的一次性需求量很大。此外，液体氖还被用于对自由基的研究。随着科学技术的不断发展，液体氖作为 25 - 40K 的低温冷却剂，将在更多领域发挥重要作用，受到越来越多的重视。

许多电子器件中的热噪声在低温下会减少，因此，许多无线电、红外线和其他辐射检测仪器可以使用氖循环制冷，以增加它们的灵敏度，这也进一步拓展了氖气在低温工程相关电子设备领域的应用。

四、其他工业应用领域

1. 气体检测与分析：在一些气体检测仪器中，氖气也发挥着重要作用。例如，放射性离子化检测器需要用到氖气，在 Geiger - Muller 计数器中，常利用含氖、氩和氦的混合气。此外，在某些高压电子管转换开关和调整管中，也会填充氖气。在示踪粒子检测器中，氖气是火花室和电子流室常用的填充气，有助于检测和分析特定的粒子或气体成分。

2. 深海潜水呼吸气：在深海潜水作业中，潜水员面临着高压环境带来的诸多挑战。普通压缩空气在水深较大时，呼吸阻力高，且其中的氮会部分溶解在血液中，产生麻醉作用，危及潜水员的生命安全。由于轻氦族气体（如氦、氖）对人体的麻醉能力很小或完全没有麻醉能力，因此可以用它们来代替氮配制潜水员深海作业用呼吸混合气。氖 - 氧呼吸混合气具有声音畸变小和传热性差的优点，适用于 100 - 300m 的深水作业。不过，由于氖气价格昂贵且呼吸阻力较大，在超过 300m 的深度，通常会使用氦 - 氧呼吸混合气。目前，为了克服各自的缺陷和不足，科研人员正在研究采用氖、氦、氧按不同比例配制深海潜水呼吸气的可能性。

3. 激光技术：氖气在激光技术领域也有广泛应用。氦氖激光器是第一种气体激光器，也是重要的红色放射源。在氦氖激光器中，氦氖混合气体是工作物质，其中氖原子可发射激光，氦气则用来改善混合气体的放电特性，提高激光器的输出功率和能量转换效率。这种激光器在医学治疗（如激光理疗和针灸、弱激光血管内照射等）、植物育种、建筑测量、准直指示、照排印刷和激光陀螺等方面均发挥着重要作用。氦 - 氖激光对生物体有刺激作用，可刺激皮肤蛋白的合成，影响酶活性，增加红细胞数量，加速血管生长，促进创面愈合；还可作用于神经末梢调节机体状况，有消炎、镇痛和止痒作用，对溃疡、炎症等有一定疗效。

4. 真空避雷器：真空避雷器里常充有氦气、氩气或氖气。当雷电落入到线路上时，避雷器内的气体被电离，会发出紫色的辉光，从而起到保护电路设备免受雷击损害的作用。

氖气作为一种稀有气体，虽然在自然界中含量稀少，但其独特的物理和化学性质，使其在工业领域展现出了巨大的应用价值。从照明领域的绚丽多彩到半导体制造的精密关键，从低温工程的高效制冷到其他诸多工业应用场景，氖气都发挥着不可或缺的作用。随着科技的不断进步和工业的持续发展，相信氖气将在更多领域绽放光芒，为人类社会的发展做出更大的贡献。