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真空状态不等于空无物质状态
2020年05月12日 发布 分类:粉体入门 点击量:486
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1643年,意大利物理学家托里拆利演示了著名的大气压实验,为人类揭示了“真空”这个物理状态的存在。在此后的几个世纪里,真空技术获得了飞速发展,被广泛应用于军事及民用领域。譬如,材料界极为重要的材料:薄膜材料,其制备便大多是在真空或者在较低的气压条件下进行的。

手机中存有上千个半导体元件,

这些半导体元器件的制造都离不开真空技术

 

什么是真空?

人类所接触的真空大体上可分为两种:一种是宇宙空间所存在的真空,称之为“自然真空”;另一种是人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的直空,人们称之为“人为真空”。在真空科学中,不论哪一种类型上的真空,只要在给定空间内,气体压强低于一个大气压的气体状态,均被称之为真空,而往往把完全没有气体的空间状态称为绝对真空。

因此,一般意义上的“真空”并不是指“什么物质也不存在”,目前,就算采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下,每立方厘米体积中仍有那么几百个气体分子。因此,平时我们所说的真空均指相对真空状态。PS:即使是理想状态的没有空气的绝对真空,在当前科学理论认为也绝非空无一物的意思。

 

说明:1.空的空间。2.突然出现两个粒子。3.粒子撞击在一起并相互湮灭。4.它们在空间中留下能量波纹。

真空本指没有任何实物粒子存在的空间,但什么都没有的空间是不存在的。假设你把一个空间的气体都赶跑,会发现还是不时有基本粒子在真空中出现又消失,无中生有。物理上的真空实际上是一片不停波动的能量之海。当能量达到波峰,能量转化为一对对正反基本粒子,当能量达到波谷,一对对正反基本粒子又相互湮灭,转化为能量。简单的说,量子理论认为,真空中虽然不存在任何实粒子,但由于量子涨落,时时处处充满了虚粒子的产生和湮灭。

在真空技术中,常用“真空度”这个习惯用语和“压强”这一物理量表示某一空间的真空程度。它俩的关系是某空间的压强越低意味着真空度成高,反之,压强高的空间则真空度低。 

粗真空

1×105~1×102Pa

低真空

1×102~1×10-1Pa

高真空

1×10-1~1×10-6Pa

超高真空

<1×10-6Pa

真空区域的划分

真空各区域的气体分子运动性质各不相同。粗真空下,气态空间近似为大气状态,分子仍以热运动为主,分子之间碰撞十分频繁;低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡,此时气体分子之间和分子与器壁之间的碰撞次数差不多;当达到高真空时,气体分子的流动已为分子流,气体分子与容器器壁之间的碰撞为主,而且碰撞次数大大减少,在高真空下蒸发的材料,其粒子将沿直线飞行;在超高真空时,气体的分子数目就更少,几乎不存在分子间的碰撞,分子与器壁的碰撞机会也更少了。

工业上真空的获得

抽真空”是工业上获得真空的方法,即利用各种真空泵将被抽容器中的气体抽出,使该空间的压强低于一个大气压。常用的获取真空的设备主要有旋转式机械真空泵、油扩散泵、复合分子泵、分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵和低温泵等。

其中前三种真空泵属干气体传输泵,即通过气体不断吸入并排出真空泵从而达到排气的目的;后四种真空泵属干气体捕获泵,是一种利用吸气材料所特有的吸气作用将被抽空间的气体吸除,以达到所需真空度。由于这些捕类获泵不采用油作为介质,故称之为无油类泵。

通常来说仅使用一种真空泵是很难达到超高直空度的,人们常常把2~3种真空泵组合起来构成复合排气系统以获得所需要的高真空。例如,有油真空系统中,油封机械泵(两极)+油扩散泵组合装置可获得10-6~10-8Pa的压强;无油系统中,采用吸附泵+溅射离子泵+钛升华泵装置可获得10-6~10-9Pa的压强;也有将有油、无油系统混用,如采用机械泵+复合分子泵装置可以获得超高真空。

参考资料:

1、《薄膜材料与薄膜技术》,郑伟涛等编著。

粉体圈 编辑 小白

 

 


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