温度升高，构成气体分子的原子发生分离，形成独立的原子。温度再进一步升高，原子中电子从原子中剥离出，形成正负离子，正负离子组成的离子化气体状物质称为等离子体。等离子态在宇宙中广泛存在，常被看作物质的第四态（见图），有人也称之为“超气态”。

物质四种状态

19世纪以来，对气体放电的研究，奠定了等离子体的产生，1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。1929年美国的L.汤克斯^[注]和朗缪尔指出了等离子体中电子密度的疏密波。

物质第四态的等离子体有着独特的物理、化学性质：①温度高，粒子动能大。②作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能。③化学性质活泼，容易发生化学反应。例如，CH₄和H₂在密闭容器中混合使用放电，若保持适宜的容器壁温度，就会在壁面上析出一层金刚石薄膜。④发光特性，可以做光源。例如，利用水银发光的照明灯就是等离子体发光现象。

根据物质温度不同，等离子体可分高温等离子体或低温等离子体：电子温度＞离子温度＞气体温度，称为低温等离子体；当所有物种都处于高温下，则称之为高温等离子体。根据物质热平衡不同，如果物质处于热平衡状态，即所有物质处于同一温度，称为热等离子体，反之称为非热等离子体，即物种的温度各不相同。

等离子体中发现了一种非常规方法气化系统，可用于将废物转化为有效的能源形式。利用了各种所谓的燃料，如工业、医疗或市政废物类型，低品位煤，生物质类型转化为合成气，其中主要包括CO、H₂和CO₂。产生的合成气可以用作燃烧系统中的燃料，用于发电和生产氢气。等离子气化过程是一种吸热过程，消耗外部能量来加热并维持高温。根据等离子放电技术和反应器特点，可以将等离子气化进行分类。等离子体放电可以通过直流电、射频或者微波进行。①直流电。施加高压电的电极在等离子气体介质中击穿气体引入离子和电子，引起等离子体在介质中形成。②射频。在射频等离子体气化炉中，电极位于反应器表面，气体由反应器内部供应，施加的功率使气体电离，并在反应器内部形成等离子体。③微波。磁控管产生微波信号，遇到等离子体形成气体，将其分解为离子、电子和中性离子。微波气化等离子体没有电极利用的操作问题，与其他方法相比，具有较低的电压要求。

等离子体技术可以用于还原氧化的催化剂和清除碳沉积。技术的最大优点是其允许催化剂再生，在低于典型热再生的温度下进行。气态反应性物质的供应和表面结构向更高能态的变化被确定为成功进行低温再生的先决条件，并且等离子体比常规热处理以更具成本效益的方式提供热量。等离子燃烧器可以在燃料丰富的条件下运行，其特征是产生氢气，这样产生的热量和氢气可以有效地用于更低的温度下去除中毒物质。但是，低温再生会导致失活物质的不完全氧化，从而引起催化表面的二次失活。

等离子体是宇宙中常见的物质，占整个宇宙的99%。太阳是自然界中的等离子体，太阳系中的气体主要发生在10³³个/米³和10⁷K的太阳核心与10⁹个/米³和10⁵K的地球极光范围内。这两个参数证明了太阳这一等离子体，如果在实验室中生产，则可用于实际设备中。

根据等离子体密度和温度范围将设备分类：①低温高压等离子体设备。气体动态等离子体、激光靶等离子体。②低压高温等离子体。放电管、日光等离子屏幕显示、太空推进器。③高密度高温等离子体。磁聚变功率实验、激光目标内爆实验。

等离子体技术广泛应用于诸多专业领域，如能源、物质与材料、催化、环境与宇宙等领域。①光学应用。照明用放电管、霓虹灯、气体激光器、等离子体显示器、紫外线光源。②力学应用。离子源、电子源、粒子加速、火箭推进。③化学应用。表面改性、等离子体化学气相沉积、臭氧发生器、焚烧废气处理。④热学应用。等离子体熔炼、城市垃圾处理。⑤能源领域。利用超高密度超高温等离子体进行核聚变发电。⑥催化领域。等离子液体是一种环境友好的溶剂和均相催化剂，具有液态范围广、热稳定好、可循环利用和无腐蚀等优点，因此在催化领域也广泛应用。