生产用于发动机和火箭体的超高熔点陶瓷和合金通常不仅需要超高的温度，而且需要持续和理想的均匀温度。一种新的反应堆声称能够满足这些严格的标准，它的装置基于碳纤维，可以在几立方厘米内产生温度高达8000K的等离子体，并且可以稳定10分钟。

霓虹灯和电视中常见的稳定等离子体利用非常低的压力，施加电压将电子从气体中剥离出来，然后向正极冲去。然而，电子的低质量意味着，即使在高速下，它们也没有影响化学反应的动量。由于留下的离子的速度几乎没有改变，气体本身的温度仍然很低。

为了产生高温等离子体，需要更高的压力，以便更紧密的离子之间的碰撞可以提高它们的速度。利用一个尖锐的尖端，将周围的电场集中起来，为电子提供一条首选的路径，从而在大气压下形成等离子体灯丝——这是避雷针背后的原理。然而，这里的温度只沿着灯丝升高。等离子体灯丝和周围气体之间的温差使得这些等离子体非常不稳定。

马里兰大学(University of Maryland)的胡良兵(Liangbing Hu)说，我们所做的是将两者结合起来。“我们有尖端，所以我们有高温，但它们相互支持，所以我们有稳定性。”

碳优势

等离子体反应器的碳纤维尖端电极可见

研究人员在大气压等离子体腔的两侧使用了碳纤维毡。编织在毛毡中的一些碳纤维自然地平躺着，而另一些则直立着。这些直立的短纤维束是等离子体稳定性的关键，它们有效地提供了一系列避雷针，使每一束的等离子体细丝结合在一起，产生均匀且极高的温度。

“我们很幸运，”同样来自马里兰大学的赵吉成(Ji-Cheng Zhao)告诉《化学世界》(chemical World)，他强调了碳纤维出色的导热性，它能有效地传导热量。“尽管等离子体的温度高达8000°C，但我们并没有疯狂地燃烧尖端——我们可以维持等离子体10分钟。”

正如胡所指出的那样，人们早就意识到，在制造等离子体时，尖端是有帮助的。科学家们还尝试创建支柱结构，希望能产生美国团队现在取得的效果。然而，显然还没有人尝试过用碳来做实验，而事实证明，碳是一种神奇的成分。与金属相比，碳对电子的束缚要小得多，因此发射电压更低，而且它是已知材料中熔化温度最高的材料之一——尽管即使是碳也应该在超高等离子体温度下燃烧掉，但由于它的高导热性，它能存活下来。即使是垂直于毛毡表面的不规则长纤维，在启动等离子体时也发挥了有益的作用。胡说:“关键是这些尖端的碳阵列的使用。”这基本上解决了所有问题。

印度科学研究所的Lakshminarayana Rao也研究了利用等离子体的方法，但他没有参与这项研究，他强调了这一发展可能是多么有用。“热等离子体具有高能量密度，这有利于极端高温操作和材料加工，从而导致新材料的发明和测试。”

在等离子体反应器中由氧化镁制成的非晶玻璃

研究人员已经使用该装置合成了碳氮化铪——赵指出，这是“根据第一性原理预测的最高熔点材料”，因此对各种高性能发动机甚至火箭都很有用。研究人员还能够打开和关闭等离子体，这样他们就可以利用MgO制造无定形玻璃，尽管它的熔点高达2850°C。

现在他们正在研究这个反应堆是否可以用来摧毁所谓的“永久化学物质”或PFAS。虽然他们的反应堆的体积受到实验室电力供应的限制，但研究人员相信，如果有更多的电力，他们可以将其从几平方厘米的宽度增加到几十毫米的深度。