中国拿下月球竞赛第一步，“氦三”竞赛被列为中美月球计划的主要目标   “一旦你在某个地方种植庄稼，你就正式‘殖民’了它。” 马克·沃特尼 (Mark Watney) 这个角色的这句台词捕捉到了《火星救援》故事中最重要的时刻之一，当时受困的宇航员终于学会了如何长期维持自己的生计——并合法地宣布他对这个星球的所有权。    中国最近在太空人类居住方面达到了类似的里程碑，中国科学院宣布在中国天宫空间站上收获了水稻种子。这一成就代表着中国在月球及更远地区实现人类永久定居的更大计划向前迈出了特别大的一步。   在太空种植食物是中国太空计划向月球基地推进的更大举措的一部分。中国1970年通过发射东方红一号卫星进入太空竞赛，但直到2003年中国才发射了第一次载人航天飞行。不久之后，中国将目光投向了月球，从2007年 11 月到 2009 年 4 月完成了为期一年半的轨道飞行。2011 年，中国启动了空间站计划的第一阶段，即天宫一号。几个月前，该站完成了其连续轨道居住的目标十一月。最终，从永久载人空间站收集到的信息，以及上面种植的农作物，将有助于中美之间新的太空竞赛的下一步：人类在月球上的定居。   目前，中国国家航天局的目标是到 2028 年开始建设月球定居点。该计划要求嫦娥七号机器人探测器于 2026 年登陆月球南极，寻找水和其他资源。本来，后续的嫦娥八号机器人是为了延续嫦娥七号的探索，在2028年在月球南极寻找国际月球研究站的最佳位置，但现在看来时间线被提速了去年，嫦娥八号现在开始该设施的初步建设并论证其可行性。    中国压缩的时间表似乎是对美国宇航局自己的重返月球计划的回应。Artemis III计划于 2025 年底登陆，包括有史以来第一位女性和有色人种宇航员登陆月球。在此之后，美国宇航局和国际合作伙伴的目标是在月球轨道上建立月球门户空间站。这个空间站将用作运送人员到美国宇航局自己的月球基地阿尔忒弥斯大本营的中转站。    中国和美国的月球基地都计划建在月球南极，那里被认为含有冻结的水冰，这是永久居住的重要资源。月球南极有近 200 天面向太阳，其温度也比月球其他部分稳定得多。这种阳光还可以实现稳定的太阳能发电。所有这一切使它成为未来基地的重要战略位置，以及新竞争的潜在领域。   据3 月 22 日报道，稀土开采、新技术测试和新军备竞赛被列为中美月球计划的主要目标。   如文章所述，出于多种原因，在月球上建造永久定居点是可取的。首先，月球含有大量的氦 3，这种元素在地球上很难获得，被认为对未来的核聚变反应堆极为有用。Helium-3 是普通氦的同位素，但具有独特的原子结构。它与不产生放射性废料的核聚变可能性有关。氦 3 起源于太阳，但不会到达地球，而是被其磁场反射。月球没有磁场，因此氦 3 积聚在其表面。   其次是新的太空竞赛。按购买力平价计算，2013 年中国的航天预算估计为108亿美元，位居世界第二。自2011年以来尤其如此，当时美国国会在一系列活动曝光后禁止NASA与中国航天机构合作。从那以后，中国加班加点地寻找国际合作伙伴、签署合作协议并建立自己的项目。     尽管中国一直在积累太空经验，但加快的时间表给中国国家航天局带来了更大的压力，但中国向其长期太空抱负迈出了一大步。 

MEMS（微机电系统）的需求愈发旺盛，二氟化氙预进入市场热门产品“主赛道”   二氟化氙，也称为二氟代氙，外观为无色透明晶体状，室温下易升华，有恶臭气味。二氟化氙遇水易分解，在中性或碱性溶液中也可分解，在酸性溶液中较为稳定，遇易燃物可燃烧，具有强氧化性，并可使多种有机化合物、无机化合物氟化。   二氟化氙制备是以氙、氟为原料，在加热条件下反应制得，主要用作氧化剂、氟化剂。二氟化氙是氟化氙的一种，与四氟化氙、六氟化氙相比，二氟化氙氧化性及氟化性较为温和，安全性较好。在水溶液中，二氟化氙起到氧化剂作用，例如，二氟化氙可以与溴酸钠发生反应生成高溴酸钠。在非水溶液中，二氟化氙起到氟化剂作用，具有选择性好的优点，被广泛应用在有机氟化物、无机氟化物制备方面，并且二氟化氙作为氟化剂使用一般会释放出氙，氙可回收再利用制成二氟化氙，循环经济效应好。   除氧化剂与氟化剂外，二氟化氙还可以应用在核工业中，例如与氧化铀反生反应分离出铀-235。二氟化氙也可以应用在新材料制备方面，例如生产氟氮双掺氧化石墨烯、红外荧光氮掺杂石墨烯、氟掺杂螺旋碳纳米管等。   据研究显示，在化学气相工艺中，二氟化氙也作为氟化剂使用，可对硅表面进行刻蚀，可制备二氟化氙气相刻蚀阻挡层，也可以与无水氟化氢配合使用去除硅表面牺牲层。二氟化氙气相刻蚀是一种非等离子刻蚀技术的微电子刻蚀技术，具有良品率高、成本较低的优点，主要应用在MEMS（微机电系统）蚀刻工艺中。   2016年，MEMS生产商Xactix公司、半导体制造商STS公司宣布推出面向MEMS生产的刻蚀设备，二氟化氙 (XeF2) 可用于各向同性蚀刻Si、Mo和Ge，是蚀刻牺牲层以“释放”MEMS 器件内移动组件的理想解决方案。与湿式和SF 等离子蚀刻选项相比，它提供了许多独特的优势和功能。   由于XeF2是一种干气相蚀刻，因此在通过小孔或狭窄空间进行蚀刻时，不存在与表面张力或气泡相关的问题。XeF2已用于蚀刻直径小至25nm的通孔。同样，XeF2避免了粘附问题，这些问题通常与湿法蚀刻工艺相关，湿法蚀刻工艺会在释放/干燥后导致永久性器件损坏。   随着MEMS变得越来越复杂，它们包含由多种或非标准材料制成的组件。没有其他各向同性蚀刻对这么多材料具有选择性。可以使用二氧化硅、氮化硅、聚合物以及大多数金属和电介质的任意组合来制造设备。由于其选择性和出色的覆盖范围，XeF2可用于制作非常长的底切，而蚀刻停止层、掩模或器件层几乎没有或没有退化。   XeF2对不同材料的高选择性使设计人员能够轻松地加入蚀刻停止或使用现有的掩埋结构作为蚀刻停止以进行底切。由于几乎不会对蚀刻停止或被释放的设备造成影响，因此可以在不损坏的情况下进行过蚀刻。这意味着由于未释放和过度蚀刻的设备而导致的产量损失可以减少到零。   低成本光刻胶可用作扩展蚀刻的经济高效掩模，因为 XeF2在聚合物上的附着力极小。类似地，XeF2不会侵蚀聚合物钝化层，该聚合物钝化层保留在使用深反应离子蚀刻 (DRIE) 创建的孔或沟槽的侧壁上。此特性可用于在硅晶片的垂直沟槽或孔的底部创建管或圆形空腔。 XeF2不会腐蚀大多数通常用于包装或晶圆切割的材料。因此，XeF2可以通过将MEMS器件的发布延迟到切割或封装插入和引线键合之后来提高产量。XeF2已成功用于在切割框架上的切割晶圆和封装内的芯片上释放MEMS器件。除MEMS以外，二氟化氙刻蚀设备还可以应用在材料科学领域，除刻蚀硅材料外，还可以化学气相刻蚀锗、钼等材料。   行业分析人士表示，MEMS下游可应用范围广泛，包括医疗设备、工业设备、汽车电子、消费电子等多个领域。2019年，全球MEMS市场规模约为120亿美元，预计到2025年将增长至180亿美元左右，年均复合增长率为7.0%。中国是全球最大的汽车、消费电子生产国，工业自动化、智能化转型速度加快，对MEMS的需求更为旺盛。由此来看，未来二氟化氙在化学气相刻蚀领域市场前景广阔。

加强北美在氦气供应链中的地位能否为氦气短缺提供关键的转变   Four Corners Helium LLC 总部位于美国科罗拉多州，是一家氦气勘探和运营公司，其团队致力于寻找和生产氦气储层。到目前为止，该团队已累计对落基山脉南部的Paradox盆地进行了超过 25,000工时的分析和解释。其主要目标有两个：找到足够的氦气储量以取代迅速耗尽的 BLM 联邦氦气储备 (FHR)，并找到等于或优于俄罗斯和卡塔尔。Four Corners Helium LLC的首席执行官Tim Rynott详细介绍了该公司最近在氦气前景方面取得的进展，并解释了这对 Helium Shortage 4.0 可能产生的影响。   对当前的氦气短缺 4.0 有何影响？   公司很快将在犹他州东南部钻探第二口井，预计将确认第一口井 (Jesse 1) 的最终成果。第三方资源评估机构 (Sproule, Inc) 向 Jesse 1 井分配了101'含1% 氦气的净气，这是一个相对有力的案例。这可能是几十年来北美最重要的氦气发现之一。附近的 Doe Canyon Field 的气体流量可以超过 47,000,000 立方英尺/天，其氦浓度是杰西的二分之一。这与可用的管道和邻近的氦气加工厂一起，可以为Helium Shortage 4.0提供关键的转变。   此外，Four Corners Helium 已与Ute Mountain Ute美国原住民部落联手开发科罗拉多州西南部丰富的氦气资源。最初的七口井计划已经确定，我们将此项目视为重要的对冲，以防犹他州东南部的氦气项目遇到延误或其他困难。此外，这个尤特斯国家从氦气勘探中获得的最终经济利益可能是历史性的。   最近的社会事件（例如 COVID-19、乌克兰战争）如何影响氦气的供需？   据报道，COVID-19 导致总体需求减少了 25%，但应该指出的是在此期间半导体需求显着增加。在供应方面，去年初俄罗斯天然气工业股份公司位于西伯利亚东部的阿穆尔工厂发生爆炸，给整个行业带来冲击波。这一单一事件是导致 Helium Shortage 4.0 的最大因素。创造了最初的 Helium 1.0 术语的 Kornbluth Consulting 预测，到 2023 年下半年，氦气可能会从阿穆尔流出，到2025年，可能会供应全球氦气供应量的三分之一（约 22.5 亿立方英尺/年） . 但是没有任何保证。   乌克兰战争的影响更为广泛。到目前为止，还没有直接制裁俄罗斯的氦气出口，尽管西方航运公司不允许停靠西伯利亚主要的氦气运输港口符拉迪沃斯托克。除了船舶交通量减少之外，符拉迪沃斯托克 (Vladivostok) 的氦气容器 (ISO) 供应可能不足也引发了极大的恐慌。没有 ISO，没有传输。由于世界上的 ISO 数量固定，供应链极其缓慢。   随着美国联邦氦气储备接近 90% 的枯竭，导致北美在不久的将来成为潜在的氦气净进口国的当前挑战是什么？   独立的氦气勘探仅在八年前才开始，而石油和天然气勘探已经存在了 160 多年。直到最近，绝大多数氦气都是在石油和天然气勘探过程中偶然发现的。大多数情况下，这些成熟油田都处于生产的最后阶段。新的氦气勘探已着眼于寻找非烃类气藏，尽管许多有前景的气藏通常含有大量CO2，偶尔含有 H2S——这两种物质都具有腐蚀性并且对安全和中游加工有问题。   在某些情况下，可以将CO2注入成熟油田以延长其寿命。在没有可用管线的情况下，可以在生产井附近重新注入CO2 ，但这可能会显着增加项目成本。对于美国的项目，最近通过的通货膨胀减少法案允许有利的CO 2封存税收抵免，使项目转向更好的经济效益。其他挑战包括确保足够的风险资本、缺乏地震数据、基础设施不足以及允许延误。   回收和保护方法能否解决当前的氦气供需失衡问题？   2022年8月26日，美国医院协会的一位高级副总裁代表270,000名医生和200万名护士写信给土地管理局局长，表达了他们对充足氦气供应的担忧磁共振成像 (MRI) 机器。考虑到这些问题，制造商向市场推出了不需要氦气的 MRI 机器，尽管价格上涨了 100,000 美元。考虑到标准 MRI 机器的平均价格为 250,000 美元（平均 MRI 机器每年使用 25,000-30,000 美元的氦气），这一点意义重大。换句话说，这种商业理念只有在氦气价格高的情况下才行得通。   精品高科技实验室想出了回收氦气的创新方法，尽管规模很小，但它们让某些私营企业得以继续经营。在半导体界，一直有人声称氦气保存技术成功，但实际上，物理原理是一样的，而且氦气对于晶圆生产来说是不可或缺的。随着《芯片法》的出台以及向半导体行业注入 2800 亿美元的资金，必须对氦气供应保持警惕。   在 2023 年及以后实现什么目标？   美国氦气活动的目标是今年至少拥有三口氦气生产井，并有望在明年将这一数字增加两倍。最终，归根结底是要让新产量跟上联邦氦气储备下降的步伐。其次是让公众意识到从净出口国转变为净进口国的悬而未决的危机，尤其是当你的两个进口选择是俄罗斯和卡塔尔时。

半导体“寒潮”及韩国国产化影响，韩国大幅减少进口中国氖气   去年因乌克兰危机而供不应求的稀有半导体气体氖的价格在一年半内跌至谷底。韩国氖气进口也创下八年来的最低水平。随着半导体行业的恶化，对原材料的需求下降，供需趋于稳定。   据韩国关税厅统计，上月韩国进口氖气每吨价格为5.37万美元（约7000万韩元），较去年6月的290万美元（约37亿韩元）下降99% ，与去年12月（583,900,000,000 美元）继续下降相比，大幅下降至 1/10。氖气的进口量也大幅下降。上个月的进口量为2.4吨，为2014 年10月以来八年来的最低水平。   氖是准分子激光器的主要材料，用于在晶片（半导体光盘）上使用光雕刻精细电路的曝光工艺。它被认为是半导体工艺中必不可少的原材料，但直到2021年，它完全依赖进口。到目前为止，韩国主要从占全球稀有气体产量70%以上的乌克兰和俄罗斯进口氖气，但随着俄罗斯乌克兰战争的延长，供应链被切断。   去年，韩国从中国进口的稀有气体占进口总量的比重上升到80-100%。与此同时，氖气的价格在去年6月达到290万美元（约合 37.75 亿韩元）的最高点，比上年上涨约 55 倍。半导体行业的一位官员表示，“稀有气体通常提前三个月备货，合同以固定价格签订，所以直到去年年中，都没有出现大的冲击。”   由于供需失衡导致稀有气体价格飙升，韩国政府和企业加快了本土技术的开发。去年，POSCO 在光阳工厂的氧气工厂开始生产氖气。POSCO和TEMC是一家专门生产半导体特殊气体的公司，他们合作开发了自己的氖气生产设施，使用大型空气分离器来生产炼钢气体。通过该工序提取的氖气，由TEMC以自己的技术进行提炼，甚至制成成品准分子激光气体。光阳工厂制氧厂生产的高纯度氖气足以满足国内 16% 的需求。以这种方式生产的所有国产氖气都被出售。   半导体厂商也在加大韩国本土稀有气体的比重。SK 海力士去年用韩国国产产品取代了其约 40%的氖气使用量，并计划到明年将这一比例提高到100%。它还决定在今年 6 月之前引入国产氪气和氙气。继引进国产氖之后，三星电子也在与POSCO合作推进氙气国产化。   随着韩国国产化的快速推进，从中国进口的稀有气体份额大幅下降。上个月少量进口的所有氖气都来自俄罗斯。此外，随着半导体行业从去年下半年开始严重恶化，对氖气等稀有气体的需求减少，预计价格将暂时企稳。不过，一个变数是，进口大国俄罗斯将对包括韩国在内的不友好国家的稀有气体出口禁令延长至今年年底，以回应美国对俄罗斯的制裁。KOTRA的一位官员表示，“乌克兰的稀有气体生产工厂仍处于关闭状态，来自俄罗斯的稀有气体供应也不稳定。”。

忙于尘世事务，我们很少关注太空。与此同时，“奔向月球2.0”正在火热进行中。至少三个国家（中国、美国和俄罗斯）正在努力尽快征服地球卫星并充分利用其财富。   月球上有什么贵重物品？   人类对月球的新兴趣首先是出于商业目标。这是和第一次登月竞赛时搞研究搞意识形态的区别。月球上有大量稀土金属矿床。用于电子产品的那些，包括智能手机。在地球上，这些金属的已发现矿床中，90%都在我国的控制之下。   此外，在月球上还发现了地球上没有的矿物月球水杨石。到目前为止，总共已知 6 种此类矿物。最后一块是我国在卫星带回地球的土壤中发现的，被命名为“嫦娥之石”。   同样在月球土壤中，发现了一种地球稀有的同位素氦3，它可用作有前途的热核反应堆的燃料。其成本约为每吨50亿美元。为什么这么贵？因为25吨氦3足以为地球提供一年的电力。并且它没有放射性。月球上的氦3最低储量估计为50万吨，而在地球上的年产量为几十克。   1967年联合国外层空间条约第2条禁止 矿和对太空物体提出其他要求，该条规定外层空间不得被占领或对其确立主权。但警钟已经在1979年敲响，当时没有一个太空大国签署联合国关于“国家在月球上的活动”的协议。该文件计划建立联合国对私人商业空间资源索赔的控制权。   2015 年，美国国会授予美国公民拥有他们在太空开采的任何材料的权利。这为商业太空探索和对月球资源日益增长的兴趣打开了大门。   月球作为深空探索的一种“跳跃机场”也很有趣。在卫星上发现的彗星冰可以用作火箭燃料。而从月球表面发射航天器，理论上比从地球上发射要容易得多，耗能也要少得多：重力要低得多（只有地球的 17%），而且没有大气层。但是，月球资源的吸引力当然远不止深空。   “阿波罗”对抗“月球”：第一次月球竞赛的简要回忆   在继续讨论月球赛跑2.0之前，让我们回顾一下月球的主要里程碑。在太空飞行成为可能之后，人类几乎立即将注意力转向了月球。苏联和美国上演了一场真正的月球竞赛，历时 17 年——从 1959 年到 1976 年。   苏联是第一个：1959 年，三个自动行星际站（实际上是探测器）同时被发送到卫星上，简单地命名为“Luna-1”、“Luna-2”和“Luna-3”。“月神一号”飞过，“月神二号”以每秒3.3公里的速度撞向卫星。而“月球三号”历史上首次拍摄了地球天然卫星的背面照片。   世界上第一辆行星探测器“Lunokhod-1”（如图）。它工作了 11 个月球日（302 个地球日），行驶了10,540米。Lunokhod 有两种速度，0.8和2.0公里/小时，允许它向前和向后移动。重量 - 756 kg，带完全打开太阳能电池板的长度 - 4.42 m，顶部宽度 - 2.15 m，车轮宽度 - 1.60 m，高度 - 1.92 m。 截至1976年，苏联总共向月球发射了 33 次航天器 ，其中 16 次成功，17 次失败。包括“乘客”在内：Lunokhod-1 于 1970 年交付到卫星表面，工作了 10 个月，1973 年 - Lunokhod-2（过热并在 4.5 个月后失效）。1977 年，苏联的登月计划被缩减——甚至搭载 Lunokhod-3 的 Luna-34 任务也被取消。   美国的登月计划是在苏联之后开始的，被称为阿波罗计划，从 1961 年一直存在到 1975 年。它的目标是将人送上月球，美国人在1969年设法实现了这一目标（根据月球阴谋论的支持者的说法，这是不准确的）。从1969年到1972年，总共进行了 6 次登月。然而，在20世纪70年代初期，NASA大幅减少了对该计划的资助，并于1975年完全停止了该计划。一方面，目标实现了，另一方面，飞往月球的费用非常昂贵。按2005年汇率计算，阿波罗计划的最终成本估计约为1360亿美元。   月球车 (LRV)（如图）是阿波罗 15 号探险队运送到月球的第一辆月球车。波音公司是开发商和总承包商，通用汽车公司受托设计车轮。“月球车”的整备重量为 210 千克，月球重力承载能力接近半吨。宣布的最高速度为 13 公里/小时，但宇航员约翰杨和查尔斯杜克能够将 LRV 分散到 18 公里/小时。   1976 年之后，月球几乎被遗忘了。偶尔会对其进行研究探索，但都没有太大的野心。例如，1990 年，日本自动站 Hiten 访问了卫星附近。   中国领先   当苏联（俄罗斯）和美国专注于地球事务时，对月球的兴趣在中国苏醒。中国在60年代和 70 年代由于缺乏空间技术而错过了地球卫星发展的第一阶段，但现在打算大力发展。   早在2004年，中国就开始了名为“嫦娥”的月球计划，并取得了良好的效果——今天它几乎已经重复了半个世纪前苏联和美国的所有成就。除了登月。嫦娥一号空间站于2007年进入月球轨道，2013年嫦娥三号登陆月球，将中国玉兔号月球车送上月球——成为继苏联月球车二号之后的第一辆。2020年，嫦娥五号站向地球运送月壤样本。   中国月球计划的下一阶段是到2030年在月球南极建立一个机器人科学站。这可能是一个国际项目（与俄罗斯一起）。计划在2030年后实现宇航员登月。   美国：阿尔忒弥斯计划 2010年代中期，俄罗斯和美国意识到中国在地球卫星的研制上已经超越了他们。进一步的延迟可能会导致下一次登月。   结果，2017年，美国宣布了一项名为阿尔忒弥斯的新月球项目，价值约350亿美元。尽管这是美国宇航局的项目，但它扩展为国际项目——欧洲、日本和加拿大的航天局成为伙伴，然后还有其他 18 个国家加入，包括卢森堡、波兰、乌克兰和哥伦比亚。   作为该项目的一部分，计划进行10次飞往月球的飞行（第一次已经进行），以及建立一个载人国际近月站 Lunar Gateway，该站将来可以成为一个中转站供宇航员在深空飞行期间使用。按照计划，近月站最早将于2024年开始运行，2025年实现宇航员登月，2027年“落户”月球门户。   2028 年，NASA 将在月球南极附近建立月球表面资产 ——第一个有人居住的月球基地，研究用微型机器人和 VIPER 重型月球车将在那里帮助人们。   作为2033年名为 Artemis-10 的最新任务的一部分，计划让宇航员长期停留在月球上。也就是说，事实上，月球前哨基地的创建将在 10 年后进行！这样的速度，他们希望美国在卫星殖民问题上赶超中国和俄罗斯。   俄罗斯：与中国一起 2018 年 11 月 28 日，在RAS太空委员会和Roscosmos在莫斯科举行的会议之后，俄罗斯宣布了探索和探索月球的概念。它涉及3个阶段，将持续到2040年。近年来，俄罗斯在探月方面一直依赖与中国的合作。   第一阶段—— “莎莉” ——涉及到 2030 年向月球发射五艘无人航天器。他们没有重新开始行星际站的编号，所以它们都冠以“Luna”的名字，索引从25到29。计划Luna-29任务将在2029年向卫星发射月球车。   第二阶段称为“Forpost”，将于 2028 年开始。在其框架内，俄罗斯将开始建设月球基地。这将是一个与中国的联合项目——关于建立国际科学月球站的政府间协议于 2022 年 5 月签署。俄罗斯宇航员首次登月计划定于 2031 年。   第三阶段称为“基地”，将从 2036 年开始。计划到那时已经建成一个永久居住的月球基地，其中包含天文台的元素。   因此，在苏联和美国的月球计划失败近 50 年后，地球卫星再次成为理想的目标。那就是谁将获得这个“奖品”——一个悬而未决的问题。

North American Helium 成功地将最新的氦气设施投入生产   NAH通过在萨斯喀彻温省增加两个新设施，继续增加非碳氢化合物来源的氦气产量   North American Helium宣布，它已于2022年底和2023年1月成功将另外两个氦气净化设施投入生产。一个设施位于萨斯喀彻温省 Consul 东南约 20 公里处，第二个设施位于萨斯喀彻温省伊斯特德西南约 15 公里处。   总裁兼首席运营官Marlon McDougall在评论这一运营成就时表示：“2022 年初，我们计划在2022年将氦气产量翻一番。随着这些最新的氦气生产设施的投产，我们已经做到了这一点。NAH现在有五个氦气生产设施在运行，这使公司在2023年再次显着增加产量。包括这些最新的氦气生产设施的产量，我们目前的产量超过 1.1亿立方英尺。随着我们继续执行公司的增长战略，公司计划在整个2023年销售约6000万立方英尺的额外氦气量。”   NAH 历来通过与天然气分销商签订的长期合同承包了其几乎所有的氦气生产。然而，为了在最近的氦气短缺期间帮助最终用户使用氦气，NAH 计划将其供应的一部分保留在现货市场上出售。从2023年初开始，客户可以选择购买现货的高纯度氦气或液体以满足他们的关键业务需求。   2022年，当美国地质调查局(USGS)将氦气从美国关键矿物清单中删除时，氦气行业参与者感到惊讶，尽管当时全球缺乏这种重要元素。在谈到美国地质调查局最近宣布它正在就氦气供应风险征求公众意见时，Marlon McDougall表示：此举是将氦气重新加入美国关键矿物清单的前奏。氦气对于发射卫星、制造半导体和其他对美国核心战略利益至关重要的应用至关重要。   由于乌克兰战争加剧的海外来源的地缘政治风险，氦气行业目前正经历过去 20 年来的第四次全球 短缺。现在越来越多的人认为，这种氦气短缺将持续到俄罗斯成为主要的氦气出口国为止。面对长期短缺或依赖俄罗斯之间的选择，我们认为美国应该与加拿大一道认识到这是一种重要的矿物，需要新的北美资源。   关于北美氦气公司   NAH 成立于 2013 年，是萨斯喀彻温省最活跃的氦气钻探公司，迄今为止已钻探了 50 多口井。公司计划实施一项持续的资本投资计划，其中包括获取额外的第三方和专有地震数据、每年钻探多达 30 口井，以及随着新油田的开发同时建设额外的氦气处理设施。   在过去的几年里，NAH 发现了八个新的氦气田，并获得了在大约 900 万英亩连续土地上勘探和生产氦气的权利，这些土地主要位于加拿大萨斯喀彻温省以及犹他州、亚利桑那州和蒙大拿州，美国。公司目前以长期合同的形式向几家最大的工业气体公司销售氦气。NAH 拥有并经营多个氦气净化设施，包括加拿大最大的设施 (Battle Creek)，为这种稀缺资源提供可靠、长期的北美供应，以满足不断增长的需求。

Helium Shortage4.0最糟糕的时期应该已经过去，但前提是全球关键神经中枢的稳定运行、重启和提升如期实现。短期内现货价格也将保持高位。   一年的供应限制、运输压力和价格上涨再加上战争和事故、医疗系统挑战和飙升的半导体需求为氦气的运营商们创造了一场完美风暴。在阿布扎比MENA工业气体2022会议开幕当天，全球氦气和中东和北非地区在供应链中的作用发出的明确信息是，可能有一些乐观的理由——无论是通过新产品还是回收能力和市场发展。   氦气市场经历了前所未有的压力，主要是由于俄罗斯天然气工业股份公司的主要新阿穆尔工厂的天然气爆炸。如果今年（2023年）它恢复，它有可能对供应做出重大贡献并帮助缓和价格。   事实上，根据Phil Kornbluth的说法，Gazprom-Amur天然气加工项目将是未来四年影响氦气市场的最大单一因素。Kornbluth表示导致 Helium 4.0 短缺的其他因素是BLM 的粗氦浓缩装置停运、卡塔尔的计划维护、来自阿尔及利亚的天然气部分从液化天然气生产中转移、由于乌克兰冲突导致通往欧洲的海底管道，以及最近澳大利亚达尔文工厂的原料气耗尽以及 Haven KS天然气加工厂发生火灾。在新晶圆厂建设的推动下，需求适度增长约 2-4%，而电子产品超过MRI成为领先的应用——适度需求增长只会持续下去。   从1月中旬到6月中旬美国土地管理局（BLM）粗氦浓缩装置（CHEU）的中断,粗氦浓缩量有所下降，减少了四家关键氦液化工厂的原料气，导致全球约10%的供应退出市场。如果BLM能够保持稳定运营，那么Helium Shortage 4.0最糟糕的时期应该已经过去，2023年可能是向充足供应过渡的一年，但这一切都取决于Amur的生产时间和规模。”   阿穆尔从2023年年中开始可能会有一些氦气生产，但这些日期仍然存在很多不确定性。 当然，重启的时间因乌克兰战争而推迟，而且由于制裁，往返阿穆尔河的产品或运输集装箱的物流将更具难度。”   Kornbluth表示，在卡塔尔和埃克森美孚的成本冲击的推动下，合同价格将继续大幅上涨，现货价格可能会继续走高。前景在未来几年再次非常模糊，并且非常依赖于更稳定的 2023 年。重点再次放在阿穆尔工厂最终重新开工的时间上。 当阿穆尔供应进入市场时价格应该会缓和，供应应该会在2024年充足，但鉴于乌克兰和俄罗斯制裁的不确定性，这远非确定的事情，   在展望方面，Kornbluth提供了更多可能影响2023年全球氦气业务并最终结束氦气短缺 4.0 的潜在项目更新和市场因素的详细信息。   伊尔库茨克石油公司正在启动他们新的Yaraktinsky工厂。它是一个每年2.5亿立方英尺的工厂。当它达到满负荷时，这不足以结束短缺，但会提供一些缓解。“就2023年第一季度的前景而言，俄罗斯天然气工业股份公司最近一直在告诉人们，他们预计他们的第一列火车在四月前，第二列火车只晚了几个月。 但仅仅因为 Gazprom说它会在四月份启动，这并不意味着它会发生。在那之前，氦市场仍将过度销售。五大氦气巨头中有四家正在分配供应，尽管在某些情况下，自BLM重启其CHEU以来，分配百分比有所增加。”   “总的来说，最糟糕的短缺期可能已经过去了。但这主要取决于阿穆尔的生产时间和规模。如果Amur不启动，我们将在2023年剩下的时间里出现短缺。如果Amur确实在4月启动并且第二列火车在两个月后出现，并且运行相当可靠，那么我们应该会看到缓解短缺   最后，经常被提及到的问题——氦气短缺 4.0 何时结束？对此的回答是乐观的，从现在开始的9到12个月。我们必须再次关注2023/24年的阿穆尔。就乌克兰战争而言，到目前为止，液氦出口不受制裁。截至一月份，俄罗斯的氦气出口没有受到制裁。当然，这种情况随时可能发生变化，如果制裁是为了阻止Gazprom的合同合作伙伴履行合同，它可能会减少和延迟阿穆尔供应对全球市场的影响，并将Helium Shortage 4.0延长至2024年。”

用于释放 MEMS 的二氟化氙   二氟化氙 (XeF 2 ) 可用于各向同性蚀刻Si、Mo和Ge，是蚀刻牺牲层以“释放”MEMS（MEMS是Micro-Electro-MechanicalSystem的缩写，中文名称是微机电系统。MEMS芯片简而言之，就是用半导体技术在硅片上制造电子机械系统，再形象一点说就是做一个微米纳米级的机械系统，这个机械系统可以把外界的物理、化学信号转换成电信号。）器件内移动组件的理想解决方案。与湿式和SF 等离子蚀刻选项相比，它提供了许多独特的优势和功能。   由于 XeF2是一种干气相蚀刻，因此在通过小孔或狭窄空间进行蚀刻时，不存在与表面张力或气泡相关的问题。XeF2已用于蚀刻直径小至25nm的通孔。同样，XeF2避免了粘附问题，这些问题通常与湿法蚀刻工艺相关，湿法蚀刻工艺会在释放/干燥后导致永久性器件损坏。   随着MEMS变得越来越复杂，它们包含由多种或非标准材料制成的组件。没有其他各向同性蚀刻对这么多材料具有选择性。可以使用二氧化硅、氮化硅、聚合物以及大多数金属和电介质的任意组合来制造设备。   由于其选择性和出色的覆盖范围，XeF2可用于制作非常长的底切，而蚀刻停止层、掩模或器件层几乎没有或没有退化。例如，二氧化硅是一种非常流行的掩模材料，其Si:oxide选择性 >1,000:1。二氧化硅掩模已用于实现非常长的底切（远超过 100µm，见图 1）并保护极小或极薄的设备（尺寸小于 30nm）。 图 1 使用非常薄的 XeF2氧化物掩模层在硅微镜下形成非常长的底切    XeF2对不同材料的高选择性使设计人员能够轻松地加入蚀刻停止或使用现有的掩埋结构作为蚀刻停止以进行底切。由于几乎不会对蚀刻停止或被释放的设备造成影响，因此可以在不损坏的情况下进行过蚀刻。这意味着由于未释放和过度蚀刻的设备而导致的产量损失可以减少到零。   低成本光刻胶可用作扩展蚀刻的经济高效掩模，因为 XeF2在聚合物上的附着力极小。类似地，XeF2不会侵蚀聚合物钝化层，该聚合物钝化层保留在使用深反应离子蚀刻 (DRIE) 创建的孔或沟槽的侧壁上。此特性可用于在硅晶片的垂直沟槽或孔的底部创建管或圆形空腔（见图 2）。 图 2 C 4 F 8钝化层用于掩蔽 DRIE 的侧面   XeF2不会腐蚀大多数通常用于包装或晶圆切割的材料。因此，XeF2可以通过将MEMS器件的发布延迟到切割或封装插入和引线键合之后来提高产量。XeF2已成功用于在切割框架上的切割晶圆和封装内的芯片上释放MEMS器件。

在核磁共振光谱中使用氘代二甲基亚砜的主要原因   核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR）与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”，是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，亦可进行定量分析。   原理 在强磁场中，某些元素的原子核和电子能量本身所具有的磁性，被分裂成两个或两个以上量子化的能级。吸收适当频率的电磁辐射，可在所产生的磁诱导能级之间发生跃迁。在磁场中，这种带核磁性的分子或原子核吸收从低能态向高能态跃迁的两个能级差的能量，会产生共振谱，可用于测定分子中某些原子的数目、类型和相对位置。   分类 NMR波谱按照测定对象分类可分为：1H-NMR谱（测定对象为氢原子核）、13C-NMR谱及氟谱、磷谱、氮谱等。有机化合物、高分子材料都主要由碳氢组成，所以在材料结构与性能研究中，以1H谱和13C谱应用最为广泛。   样品制备   样品量 不同场强需要的样品量不同，如300兆核磁、分子量是几百的样品，测氢谱大约需要2mg以上的样品，测碳谱大约需要10mg以上。600兆核磁测氢谱大约需要几百微克。   氘代试剂的选择   因为测试时溶剂中的氢也会出峰，溶剂的量远远大于样品的量，溶剂峰会掩盖样品峰，所以用氘取代溶剂中的氢，氘的共振峰频率和氢差别很大，氢谱中不会出现氘的峰，减少了溶剂的干扰。在谱图中出现的溶剂峰是氘的取代不完全的残留氢的峰。另外，在测试时需要用氘峰进行锁场。   以Dmso-d6为例 Dmso-d6显示了二甲亚砜的性质，其所有氢原子都被氢的较重同位素氘取代。由于DMSO是双耗尽的，它会出现一个新的性质，如果在药物化学中用于特定有机化合物的合成和催化，以及同位素分析和鉴定应用，它又会发现它的特殊性质和应用。   核磁共振 (NMR)光谱学基于以下事实：如果所有原子核都具有 NMR 信号并且少数原子核（例如 1H、13C、19F）在 NMR 中处于活动状态，则原子核具有磁性。如果选择不含上述任何核的溶剂，可以消除对样品 NMR 光谱的任何溶剂干扰。核磁共振波谱 (NMR)对于自旋量子数不等于1.2 的原子核不活跃。这使得核磁共振中同位素的活性有所不同。例如，氢有 I =。而它的氘同位素I = 0。所以如果用氘代替氢，可以不受干扰地得到合适的极性溶剂。简单来说，这种氘化组合在 NMR 光谱中是不可见的。由于能够溶解多种溶剂，以及简单的光谱和高沸点，DMSO-D6是使用最广泛的氘溶剂。   在核磁共振光谱中使用氘化溶剂的三个主要原因：   A-避免被溶剂信号淹没。 普通的含质子溶剂会产生巨大的溶剂吸收，这将主导 1H-NMR 光谱并干扰目标质子的峰。因此，大多数 1H-NMR 光谱是在氘化溶剂中记录的，因为氘原子在完全不同的频率吸收。   B——稳定磁场强度。 超导磁体的场强趋于缓慢漂移。现代核磁共振波谱仪测量溶剂对氘的吸收并调整场强以保持共振频率（场强）恒定。   C-准确定义 0 ppm。 氘频率和 0 ppm (TMS) 之间的差异是众所周知的。

继核聚变之后，氦三又在另一项未来领域中产生决定性作用   Helium-3 (He-3) 因为其独特的性质，使其在多个领域具有重要价值，包括核能和量子计算。尽管 He-3 非常稀有且生产面临挑战，但它对量子计算的未来有着巨大的希望。在本文中，将深入研究 He-3 的供应链生产及其在量子计算机中作为制冷剂的用途。   氦3 的生产   氦3据估计在地球上仅存在极少量。我们星球上的大部分 He-3 被认为是由太阳和其他恒星产生的，据信它在月球土壤中也有少量存在。虽然 He-3 的全球总供应量未知，但估计每年在几百公斤的范围内。   He-3 的生产是一个复杂且具有挑战性的过程，涉及将He-3从其他氦同位素中分离出来。主要生产方法是通过辐照天然气矿床，产生He-3作为副产品。这种方法对技术要求很高，需要专门的设备，这个过程十分昂贵。He-3 的生产成本限制了它的广泛使用，它仍然是一种稀有且有价值的商品。   Helium-3 在量子计算中的应用   量子计算是一个新兴领域，具有彻底改变各个行业的巨大潜力，从金融和医疗保健到密码学和人工智能。开发量子计算机的主要挑战之一是需要一种制冷剂来将量子位 (qubits) 冷却到最佳工作温度。   He-3已被证明是冷却量子计算机中量子位的绝佳选择。He-3 具有使其成为该应用的理想选择的多种特性，包括其低沸点、高导热性和在低温下保持液态的能力。包括奥地利因斯布鲁克大学的一组科学家在内的几个研究小组已经证明了在量子计算机中使用 He-3 作为制冷剂。在发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，该团队表明，He-3 可用于将超导量子处理器的量子位冷却到最佳工作温度，证明了其作为量子计算制冷剂的有效性。   Helium-3 在量子计算中的优势   在量子计算机中使用 He-3 作为制冷剂有几个优点。首先，它为量子比特提供了更稳定的环境，降低了出错的风险，提高了量子计算机的可靠性。这在量子计算领域尤为重要，因为即使是很小的错误也会对结果产生重大影响。   其次，与其他制冷剂相比，He-3 的沸点更低，这意味着量子位可以冷却到更低的温度并更有效地运行。这种提高的效率可以带来更快、更准确的计算，使 He-3 成为量子计算机发展的重要组成部分。   最后，He-3 是一种无毒、不易燃的制冷剂，与液氦等其他制冷剂相比，更安全、更环保。在环境问题变得越来越重要的世界中，在量子计算中使用 He-3 提供了一种更环保的替代方案，有助于减少该技术的碳足迹。   Helium-3 在量子计算中的挑战和未来   尽管 He-3 在量子计算中的优势显而易见，但 He-3 的生产和供应仍然是一项重大挑战，需要克服许多技术、后勤和财务障碍。He-3的生产是一个复杂而昂贵的过程，而且可用的同位素供应有限。此外将 He-3 从其生产地点运输到最终使用地点也是一项具有挑战性的任务，进一步使其供应链复杂化。   尽管存在这些挑战，但 He-3 在量子计算中的潜在优势使其成为一项值得的投资，研究人员和公司继续探索使其生产和使用成为现实的方法。He-3 的持续发展及其在量子计算中的应用为这个快速发展领域的未来带来了希望。