真空技术基础一课件

真空技术基础（一）FundamentalsofVacuumTechniques（I）一、Definition、Phenomena、CharacteristicsandApplications一般含义上真空通常指一个特定的空间区域，在此空间范围内，气压低于一个大气压。自然条件下真空环境很普遍，但高度真空环境很少，如外层空间环境。人工真空的例子很多，如TorricellianVacuum。微观层面看，真空最为显著的特点是气体分子数密度小。由此可以引申出一系列的力学、热学、电学、光学和化学特性。这是真空技术的依据。真空的特点也反映出对真空现象认识的理论工具首先是气体分子运动论。二、TheoreticalToolsforVacuumAnalysis1、BasicPropertiesofIdealGasA.分子看作无内部结构的质点；

B.分子间除散射外无相互作用；温度不太低，压强不太大时，实际气体均可以看作IG处理；真空中的气体借用IG模型非常适合；2、SomeHypothesesandResultsofIG基本假设：任何气体均由大量微小的质点构成，单一气体中这些质点完全相同，叫做气体分子；分子永不停息的作无规则热运动。分子除自身相互碰撞外，也与容器壁碰撞；分子的数量非常大，气体宏观性质是大量分子微观性质的统计平均值，可以通过统计物理办法计算得到。Avogadro’sLaw等体积的任何种类的气体，同温同压下有相同的分子数；标准状态下，1mol任何气体分子的NA＝6.02×1023。StateEquationofIGDifferencebetweenGasandVapor气体和蒸汽是真空技术中常见概念，两者的区别不在于微观结构，而在于其温度是否是临界温度以上。气体的临界温度是指这样的温度，当气体高于临界温度，怎么压缩都不可能液化。但通常我们以室温（15～25oC）为标准，临界温度高于室温的是蒸汽，低于室温的是气体。Pressure、MassandMassDensityofIGPressure:Mass:MaxwellVelocityDistribution在N个气体分子中，分子热运动速度介于v-v+dv的分子数目满足：其中f（v）就是速度分布函数Maxwell速度分布率是关于气体分子运动的一个重要规律，从图中至少可以看出:相同的气体，温度越高，具有较高速度的分子数目越多，分布函数形状平坦；同时可以理解，对于同温度下不同的气体，分子质量越大的其速度大的分子数目越少。除此之外，还有一系列的特征速度：最可几速度：平均速度：均方根速度：ResultsofMolecularcollision：真空技术中，经常要关心的问题除了真空环境的气压外，气体分子间的、气体分子与容器壁、衬底材料等的碰撞状况也是要考虑的重要方面。尤其是在薄膜材料的制备中，这个问题更加突出。不同的碰撞状况将导致薄膜材料的结构、形貌、电学、光学等特性发生显著的变化。相同分子间的碰撞次数：不同气体分子碰撞次数：多种气体分子间碰撞总次数：电子在电场中与气体分子的碰撞次数：AnotherStatement：碰撞于固体表面的分子，飞离表面的方向与原方向无关，并按照与表面发现方向成角度θ的余弦分布。与气体碰壁数相关的结论：1、碰撞数2、碰撞质量3、碰撞体积RelevantResults:1、真空中单位时间、单位面积蒸发的分子数目：2、蒸发率和饱和蒸汽压的关系：ProblemsonGasMolecularMeanFreePath：一个气体分子与其他气体分子连续两次碰撞间经历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，其数值差异很大。但是在外参量确定的前提下，大量统计的平均值是一定的。单一分子的平均自由程两种气体混合的平均自由程更一般的情况，有多种气体混合：气体或者真空环境中含有电子、离子的情况也是普遍存在的：RelationshipofGasMolecularMeanFreePathandTempe