真空技術基礎一課件

真空技術基礎（一）FundamentalsofVacuumTechniques（I）一、Definition、Phenomena、CharacteristicsandApplications一般含義上真空通常指一個特定的空間區(qū)域，在此空間范圍內(nèi)，氣壓低于一個大氣壓。自然條件下真空環(huán)境很普遍，但高度真空環(huán)境很少，如外層空間環(huán)境。人工真空的例子很多，如TorricellianVacuum。微觀層面看，真空最為顯著的特點是氣體分子數(shù)密度小。由此可以引申出一系列的力學、熱學、電學、光學和化學特性。這是真空技術的依據(jù)。真空的特點也反映出對真空現(xiàn)象認識的理論工具首先是氣體分子運動論。二、TheoreticalToolsforVacuumAnalysis1、BasicPropertiesofIdealGasA.分子看作無內(nèi)部結(jié)構的質(zhì)點；

B.分子間除散射外無相互作用；溫度不太低，壓強不太大時，實際氣體均可以看作IG處理；真空中的氣體借用IG模型非常適合；2、SomeHypothesesandResultsofIG基本假設：任何氣體均由大量微小的質(zhì)點構成，單一氣體中這些質(zhì)點完全相同，叫做氣體分子；分子永不停息的作無規(guī)則熱運動。分子除自身相互碰撞外，也與容器壁碰撞；分子的數(shù)量非常大，氣體宏觀性質(zhì)是大量分子微觀性質(zhì)的統(tǒng)計平均值，可以通過統(tǒng)計物理辦法計算得到。Avogadro’sLaw等體積的任何種類的氣體，同溫同壓下有相同的分子數(shù)；標準狀態(tài)下，1mol任何氣體分子的NA＝6.02×1023。StateEquationofIGDifferencebetweenGasandVapor氣體和蒸汽是真空技術中常見概念，兩者的區(qū)別不在于微觀結(jié)構，而在于其溫度是否是臨界溫度以上。氣體的臨界溫度是指這樣的溫度，當氣體高于臨界溫度，怎么壓縮都不可能液化。但通常我們以室溫（15～25oC）為標準，臨界溫度高于室溫的是蒸汽，低于室溫的是氣體。Pressure、MassandMassDensityofIGPressure:Mass:MaxwellVelocityDistribution在N個氣體分子中，分子熱運動速度介于v-v+dv的分子數(shù)目滿足：其中f（v）就是速度分布函數(shù)Maxwell速度分布率是關于氣體分子運動的一個重要規(guī)律，從圖中至少可以看出:相同的氣體，溫度越高，具有較高速度的分子數(shù)目越多，分布函數(shù)形狀平坦；同時可以理解，對于同溫度下不同的氣體，分子質(zhì)量越大的其速度大的分子數(shù)目越少。除此之外，還有一系列的特征速度：最可幾速度：平均速度：均方根速度：ResultsofMolecularcollision：真空技術中，經(jīng)常要關心的問題除了真空環(huán)境的氣壓外，氣體分子間的、氣體分子與容器壁、襯底材料等的碰撞狀況也是要考慮的重要方面。尤其是在薄膜材料的制備中，這個問題更加突出。不同的碰撞狀況將導致薄膜材料的結(jié)構、形貌、電學、光學等特性發(fā)生顯著的變化。相同分子間的碰撞次數(shù)：不同氣體分子碰撞次數(shù)：多種氣體分子間碰撞總次數(shù)：電子在電場中與氣體分子的碰撞次數(shù)：AnotherStatement：碰撞于固體表面的分子，飛離表面的方向與原方向無關，并按照與表面發(fā)現(xiàn)方向成角度θ的余弦分布。與氣體碰壁數(shù)相關的結(jié)論：1、碰撞數(shù)2、碰撞質(zhì)量3、碰撞體積RelevantResults:1、真空中單位時間、單位面積蒸發(fā)的分子數(shù)目：2、蒸發(fā)率和飽和蒸汽壓的關系：ProblemsonGasMolecularMeanFreePath：一個氣體分子與其他氣體分子連續(xù)兩次碰撞間經(jīng)歷的路程叫做分子的自由程；所有自由程的平均值叫做其他分子的平均自由程。就每一次的自由程而言，其數(shù)值差異很大。但是在外參量確定的前提下，大量統(tǒng)計的平均值是一定的。單一分子的平均自由程兩種氣體混合的平均自由程更一般的情況，有多種氣體混合：氣體或者真空環(huán)境中含有電子、離子的情況也是普遍存在的：RelationshipofGasMolecularMeanFreePathandTempe