第1章真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)

1、真空鍍膜技術(shù)真空鍍膜技術(shù)南京理工大學(xué)南京理工大學(xué)2012.9 教材與課時(shí) 3學(xué)分，其中上課學(xué)分，其中上課40學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)，8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn) 本課程內(nèi)容包括：真空技術(shù)，薄膜技術(shù)本課程內(nèi)容包括：真空技術(shù)，薄膜技術(shù) 兩部分兩部分 教材：教材： 1。王欲知，陳旭。王欲知，陳旭 ，真空技術(shù)，北京航空航天大，真空技術(shù)，北京航空航天大學(xué)學(xué) 出版社出版社 ， 2007.6，第，第2版。版。 2。楊幫朝，王文生，薄膜物理與技術(shù)，電子科。楊幫朝，王文生，薄膜物理與技術(shù)，電子科技大學(xué)出版社，技大學(xué)出版社， 1994年。年。 參考書：參考書： 3。王曉冬，真空技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，。王曉冬，真空技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，

2、2006年年9月第月第1版。版。第第1章章 真空技術(shù)的物理基礎(chǔ)真空技術(shù)的物理基礎(chǔ) 簡要敘述真空技術(shù)的基本理論簡要敘述真空技術(shù)的基本理論 詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)看教材。詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)看教材。1.1 真空的概念真空的概念 在真空技術(shù)中，在真空技術(shù)中，“真空真空”泛指低于一個(gè)大氣壓的泛指低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)，換言之，同正常的大氣比，是較為稀氣體狀態(tài)，換言之，同正常的大氣比，是較為稀薄的一種氣體狀態(tài)薄的一種氣體狀態(tài). 同正常的大氣比同正常的大氣比, 氣體的分子數(shù)少氣體的分子數(shù)少 。 隨著海拔高度（離海平面的垂直高度）越高，氣隨著海拔高度（離海平面的垂直高度）越高，氣體越稀薄。體越稀薄。. 通常意義上，在地球上

3、，人能生存的狀況都不應(yīng)通常意義上，在地球上，人能生存的狀況都不應(yīng)稱作真空。稱作真空。 真空應(yīng)說成低于周圍大氣壓的狀態(tài)。真空應(yīng)說成低于周圍大氣壓的狀態(tài)。1.2 真空的單位真空的單位-壓強(qiáng)壓強(qiáng)在真空技術(shù)中，在真空技術(shù)中，壓強(qiáng)壓強(qiáng)所采用的法定計(jì)量單位是帕斯卡（所采用的法定計(jì)量單位是帕斯卡（Pascal），系千克），系千克米秒制單位，簡稱帕米秒制單位，簡稱帕(Pa), 是目前國際上推薦實(shí)用的國際單位制是目前國際上推薦實(shí)用的國際單位制（SI）。）。 1Kg9.80665m/s2=9.80665 牛頓牛頓 (Kg.m/s2) 1N（牛頓）（牛頓）= 1Kg.m/s2. 1Pa =1牛頓牛頓/平方米平方米=

4、1 Kg /m.s2 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg高高; 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)0.76m13595.1Kg/m39.80665m/s2= =101325牛頓牛頓m2=101325Pa=1.01325105Pa 1毫米泵柱（毫米泵柱（mmHg）=133.322pa. 1mmHg=1.00000014Torr 1托（托（Torr）=1/760 atm=133.322Pa; 巴（巴（bar） 1bar=105Pa 毫巴毫巴 1mbar=100Pa 1.3 真空特點(diǎn)真空特點(diǎn) 1。 與大氣有壓差。壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓，故需要一個(gè)與大氣有壓差。壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓，故需要一個(gè)“真

5、空真空”容器，即真空設(shè)備。該容器在地球上就需要承受容器，即真空設(shè)備。該容器在地球上就需要承受一個(gè)大氣壓力的作用，壓力的大小則看容器內(nèi)外壓差。內(nèi)一個(gè)大氣壓力的作用，壓力的大小則看容器內(nèi)外壓差。內(nèi)部為真空環(huán)境的容器，可以認(rèn)為壓差為部為真空環(huán)境的容器，可以認(rèn)為壓差為1個(gè)大氣壓。所以個(gè)大氣壓。所以該容器必需承受大于該容器必需承受大于1個(gè)大氣壓力的作用。個(gè)大氣壓力的作用。 如需獲取真空條件，必須研制設(shè)計(jì)生產(chǎn)真空設(shè)備，需如需獲取真空條件，必須研制設(shè)計(jì)生產(chǎn)真空設(shè)備，需要進(jìn)行真空獲取、測量、氣體成分分析，如何有效設(shè)計(jì)、要進(jìn)行真空獲取、測量、氣體成分分析，如何有效設(shè)計(jì)、防漏、檢漏等。防漏、檢漏等。 2。分子數(shù)密

6、度低。在。分子數(shù)密度低。在“真空真空”下，由于氣體稀薄，即單下，由于氣體稀薄，即單位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它粒子，位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它粒子，如電子、離子之間的碰撞就不那么頻繁，明顯減少，如電子、離子之間的碰撞就不那么頻繁，明顯減少， 分子主要碰撞表面，如容器表面四壁、內(nèi)部裝置的次分子主要碰撞表面，如容器表面四壁、內(nèi)部裝置的次數(shù)也相對(duì)減少。這是真空的最主要的特點(diǎn)。正是如此，各數(shù)也相對(duì)減少。這是真空的最主要的特點(diǎn)。正是如此，各種真空設(shè)備正是利用它進(jìn)行工作。種真空設(shè)備正是利用它進(jìn)行工作。1.4 真空技術(shù)的應(yīng)用真空技術(shù)的應(yīng)用 1。電真空器件。電真空器件 內(nèi)

7、部為內(nèi)部為“真空真空”環(huán)境的電子器件，如：微波管，顯環(huán)境的電子器件，如：微波管，顯像管、真空攝像管、微光管，白熾燈，日光燈，熒像管、真空攝像管、微光管，白熾燈，日光燈，熒光燈，鈉燈，鎢燈等。光燈，鈉燈，鎢燈等。 它們它們 都需要良好的真空都需要良好的真空: 主要原因在于：其原理基于利用電場、磁場等來控主要原因在于：其原理基于利用電場、磁場等來控制電子流的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到放大、振蕩、顯示圖像等制電子流的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到放大、振蕩、顯示圖像等目的，如果器件中氣體分子較多，電子流就不可避目的，如果器件中氣體分子較多，電子流就不可避免與分子碰撞，改變運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。免與分子碰撞，改變運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 電真空器件一般都

8、有一個(gè)電子源，如各種熱陰電真空器件一般都有一個(gè)電子源，如各種熱陰極光電陰極等，它們都是一些敏感的化學(xué)性活潑表極光電陰極等，它們都是一些敏感的化學(xué)性活潑表面，極易受到氣體的面，極易受到氣體的“中毒作用中毒作用”而失效，只有在而失效，只有在真空中才能正常工作。真空中才能正常工作。 基于上述二個(gè)原因，不難理解，一旦電真空器件基于上述二個(gè)原因，不難理解，一旦電真空器件的內(nèi)部真空變壞，必然導(dǎo)致器件性能變壞，甚至的內(nèi)部真空變壞，必然導(dǎo)致器件性能變壞，甚至完全失效。完全失效。 顯像管真空較差，就會(huì)導(dǎo)致電極間交叉跳火，出顯像管真空較差，就會(huì)導(dǎo)致電極間交叉跳火，出現(xiàn)離子斑。攝像管真空較差，分辨率下降由于電現(xiàn)離子

9、斑。攝像管真空較差，分辨率下降由于電子束遭分子碰撞，聚散不良。圖像增強(qiáng)器真空較子束遭分子碰撞，聚散不良。圖像增強(qiáng)器真空較差，降低靈敏度，還出現(xiàn)圖像頻變斑點(diǎn)。差，降低靈敏度，還出現(xiàn)圖像頻變斑點(diǎn)。 真空不良對(duì)各種器件性能的影響是十分明顯的，真空不良對(duì)各種器件性能的影響是十分明顯的，通常電真空器件的壽命取決于陰極的壽命。而氣通常電真空器件的壽命取決于陰極的壽命。而氣體對(duì)陰極的中毒作用是積累的，隨著時(shí)間的加長，體對(duì)陰極的中毒作用是積累的，隨著時(shí)間的加長，陰極愈來愈壞，最后管子就完全不能應(yīng)用了。陰極愈來愈壞，最后管子就完全不能應(yīng)用了。 2. 鍍膜和材料制取設(shè)備鍍膜和材料制取設(shè)備 真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，

10、離子鍍膜，化真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，離子鍍膜，化學(xué)氣相沉積鍍膜。等學(xué)氣相沉積鍍膜。等 3. 電子學(xué)和光電子學(xué)的應(yīng)用電子學(xué)和光電子學(xué)的應(yīng)用 半導(dǎo)體中硅薄膜，超純硅，提純，二極管，半導(dǎo)體中硅薄膜，超純硅，提純，二極管，三極管，三極管，PN結(jié)，超大規(guī)模，超大規(guī)模集成結(jié)，超大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路，光電子器件的電路，光電子器件的 制備制備 以及應(yīng)用。以及應(yīng)用。 等等，都需要真空環(huán)境。等等，都需要真空環(huán)境。 4。真空冶金。真空冶金 真空熔煉，真空焊接，真空熱真空熔煉，真空焊接，真空熱 處理，真空蒸處理，真空蒸餾等等。餾等等。 5. 表面物理中應(yīng)用表面物理中應(yīng)用 各種表面分析儀器，如低能電子衍射儀，俄歇各

11、種表面分析儀器，如低能電子衍射儀，俄歇電子能譜儀，光電子能譜儀，二次離子質(zhì)譜儀等，電子能譜儀，光電子能譜儀，二次離子質(zhì)譜儀等，這些儀器可以分析材料組分，結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，這些儀器可以分析材料組分，結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，污染，摻雜等，可以監(jiān)視材料的生長、制作、分污染，摻雜等，可以監(jiān)視材料的生長、制作、分解、激活，分析其機(jī)理及影響其壽命的因素。解、激活，分析其機(jī)理及影響其壽命的因素。 6. 宇宙航行及空間科學(xué)研究。宇宙航行及空間科學(xué)研究。 太空極高真空環(huán)境需要在地球上模擬，有許多太空極高真空環(huán)境需要在地球上模擬，有許多新的現(xiàn)象，是大氣環(huán)境中所沒有的。例如沒有對(duì)新的現(xiàn)象，是大氣環(huán)境中所沒有的。例如沒有對(duì)流，

12、沒有內(nèi)摩擦。流，沒有內(nèi)摩擦。 7. 在原子研究中和利用中的應(yīng)用。在原子研究中和利用中的應(yīng)用。1.5 真空度的概念真空度的概念 “真空度真空度”和和“壓強(qiáng)壓強(qiáng)”是兩個(gè)概念，不能混是兩個(gè)概念，不能混淆，淆， 壓強(qiáng)越低壓強(qiáng)越低意味著單位體積中氣體分子數(shù)愈意味著單位體積中氣體分子數(shù)愈少，少，真空度愈高真空度愈高； 反之真空度越低則壓強(qiáng)就越高。反之真空度越低則壓強(qiáng)就越高。 由于真空度與壓強(qiáng)有關(guān)，所以真空的度量由于真空度與壓強(qiáng)有關(guān)，所以真空的度量單位是用壓強(qiáng)來表示。單位是用壓強(qiáng)來表示。 真空度是一個(gè)定性指示。真空度是一個(gè)定性指示。1.6 真空區(qū)域的劃分真空區(qū)域的劃分 為了研究真空和實(shí)際應(yīng)用方便，常把真空為

13、了研究真空和實(shí)際應(yīng)用方便，常把真空劃分為粗真空、低真空、高真空和超高真劃分為粗真空、低真空、高真空和超高真空、極高真空五個(gè)等級(jí)?？铡O高真空五個(gè)等級(jí)。 隨著真空度的提高，真空的性質(zhì)將逐漸變隨著真空度的提高，真空的性質(zhì)將逐漸變化，并經(jīng)歷由分子數(shù)的量變到真空質(zhì)變的化，并經(jīng)歷由分子數(shù)的量變到真空質(zhì)變的過程。過程。1) 粗真空（粗真空（11051103 Pa）在粗真空狀態(tài)下氣態(tài)空間的特性和大氣差在粗真空狀態(tài)下氣態(tài)空間的特性和大氣差異不大，異不大，氣體分子數(shù)目氣體分子數(shù)目多，并以多，并以熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)為為主，分子之間碰撞十分頻繁，氣體分子的主，分子之間碰撞十分頻繁，氣體分子的平均自由程很短。平均自由程很短

14、。通常，在此真空區(qū)域，使用真空技術(shù)的目通常，在此真空區(qū)域，使用真空技術(shù)的目的是為了獲得壓力差，而不要求改變空間的是為了獲得壓力差，而不要求改變空間的性質(zhì)。電容器生產(chǎn)中所采用的真空浸漬的性質(zhì)。電容器生產(chǎn)中所采用的真空浸漬工藝所需的真空度就在此區(qū)域。工藝所需的真空度就在此區(qū)域。 2) 低真空（低真空（1103110-2Pa） 此時(shí)每立方厘米內(nèi)的氣體分子數(shù)為此時(shí)每立方厘米內(nèi)的氣體分子數(shù)為10161013個(gè)。個(gè)。氣體分子密度與大氣時(shí)有很大差別，氣體中的帶氣體分子密度與大氣時(shí)有很大差別，氣體中的帶電粒子在電場作用下，會(huì)產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。電粒子在電場作用下，會(huì)產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。 這時(shí)，氣體的流動(dòng)也逐漸從粘

15、稠滯留狀態(tài)過度到這時(shí)，氣體的流動(dòng)也逐漸從粘稠滯留狀態(tài)過度到分子狀態(tài)，這時(shí)氣體分子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)明顯，氣分子狀態(tài)，這時(shí)氣體分子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)明顯，氣體的對(duì)流現(xiàn)象完全消失。體的對(duì)流現(xiàn)象完全消失。 在此真空區(qū)域，由于氣體分子數(shù)減少，分子的在此真空區(qū)域，由于氣體分子數(shù)減少，分子的平平均自由程均自由程可以與容器尺寸相比擬。并且分子之間可以與容器尺寸相比擬。并且分子之間的碰撞次數(shù)減少，分子與容器壁的碰撞次數(shù)大大的碰撞次數(shù)減少，分子與容器壁的碰撞次數(shù)大大增加。增加。3) 高真空（高真空（110-2110-6Pa） 此時(shí)氣體分子密度更加降低，容器中分子數(shù)此時(shí)氣體分子密度更加降低，容器中分子數(shù)很少。因此，分子在運(yùn)動(dòng)

16、過程中相互間的碰撞很少。因此，分子在運(yùn)動(dòng)過程中相互間的碰撞很少，氣體分子的平均自由程已大于一般真空很少，氣體分子的平均自由程已大于一般真空容器的限度，絕大多數(shù)的分子與器壁相碰撞，容器的限度，絕大多數(shù)的分子與器壁相碰撞，因而在高真空狀態(tài)蒸發(fā)的材料，其分子（或微因而在高真空狀態(tài)蒸發(fā)的材料，其分子（或微粒）將按直線方向飛行。粒）將按直線方向飛行。另外，由于容器中的真空度很高，容器空間的另外，由于容器中的真空度很高，容器空間的任何物體與殘余氣體分子的化學(xué)作用也十分微任何物體與殘余氣體分子的化學(xué)作用也十分微弱。在這種狀態(tài)下，氣體的熱傳導(dǎo)和內(nèi)摩擦已弱。在這種狀態(tài)下，氣體的熱傳導(dǎo)和內(nèi)摩擦已變得與壓強(qiáng)無關(guān)。變

17、得與壓強(qiáng)無關(guān)。4) 超高真空（超高真空（110-6Pa110-10Pa）此時(shí)每立方厘米的氣體分子數(shù)在此時(shí)每立方厘米的氣體分子數(shù)在1010個(gè)以個(gè)以下。分子間的碰撞極少下。分子間的碰撞極少,分子主要與容器分子主要與容器壁相碰撞。超高真空的用途之一是得到純壁相碰撞。超高真空的用途之一是得到純凈的氣體，其二，是可獲得純凈的固體表凈的氣體，其二，是可獲得純凈的固體表面。此時(shí)氣體分子在固體表面上是已吸附面。此時(shí)氣體分子在固體表面上是已吸附停留為主。停留為主。 5) 極高真空（極高真空（110-10Pa） 此時(shí)每立方厘米的氣體分子數(shù)在此時(shí)每立方厘米的氣體分子數(shù)在108個(gè)以下。個(gè)以下。分子間的碰撞極少，分子主

18、要與容器壁相分子間的碰撞極少，分子主要與容器壁相碰撞。極高真空的獲得是一項(xiàng)困難的工作，碰撞。極高真空的獲得是一項(xiàng)困難的工作，但是在太空是容易得到的，極高真空可以但是在太空是容易得到的，極高真空可以模擬太空的環(huán)境，在天文和核試驗(yàn)上也需模擬太空的環(huán)境，在天文和核試驗(yàn)上也需要這樣的真空環(huán)境。要這樣的真空環(huán)境。1.7 氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本假設(shè)氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本假設(shè) （1）任何氣體均由大量微小的質(zhì)點(diǎn)組成；對(duì)于單一氣體，）任何氣體均由大量微小的質(zhì)點(diǎn)組成；對(duì)于單一氣體，這些質(zhì)點(diǎn)是完全相同的。這些微小質(zhì)點(diǎn)稱為分子。這些質(zhì)點(diǎn)是完全相同的。這些微小質(zhì)點(diǎn)稱為分子。 （2）分子盡管很微小，但仍然有一定的體積。因此在

19、運(yùn)）分子盡管很微小，但仍然有一定的體積。因此在運(yùn)動(dòng)時(shí)它們相互不斷碰撞，且亦與容器器壁碰撞；這些碰撞動(dòng)時(shí)它們相互不斷碰撞，且亦與容器器壁碰撞；這些碰撞是完全彈性的，即無能量損失的。是完全彈性的，即無能量損失的。 這就是關(guān)于氣體構(gòu)造的分子假說。為了將這一假說構(gòu)筑這就是關(guān)于氣體構(gòu)造的分子假說。為了將這一假說構(gòu)筑成一個(gè)理論體系，氣體分子論還假設(shè)：成一個(gè)理論體系，氣體分子論還假設(shè)： （3）分子的運(yùn)動(dòng)及碰撞遵從牛頓定律，可以應(yīng)用經(jīng)典力）分子的運(yùn)動(dòng)及碰撞遵從牛頓定律，可以應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)來處理。學(xué)來處理。 （4）分子的數(shù)目是巨大的，而氣體的宏觀性質(zhì)是大量分）分子的數(shù)目是巨大的，而氣體的宏觀性質(zhì)是大量分子的微觀性

20、質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均值，可以采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法予以子的微觀性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)平均值，可以采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法予以求出。求出。 1.8 理想氣體理想氣體 從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)，理想氣體是指符合下述假從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)，理想氣體是指符合下述假說的一種理論模型：說的一種理論模型： （1） 氣體分子本身的體積與它的活動(dòng)空間即整氣體分子本身的體積與它的活動(dòng)空間即整個(gè)氣體體積或容器體積相比，是微不足道的，在個(gè)氣體體積或容器體積相比，是微不足道的，在考慮分子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將分子看成幾何點(diǎn)?？紤]分子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將分子看成幾何點(diǎn)。 （2）分子之間沒有相互作用力。除了碰撞之外）分子之間沒有相互作用力。除了碰撞之外每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是完全獨(dú)

21、立的，不受其他分子的每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是完全獨(dú)立的，不受其他分子的影響。影響。 低壓氣體與理想氣體很接近，因此在真空技術(shù)低壓氣體與理想氣體很接近，因此在真空技術(shù)中完全可應(yīng)用理想氣體的模型而不必加以任何修中完全可應(yīng)用理想氣體的模型而不必加以任何修正。正。1.9 氣體運(yùn)動(dòng)的基本定律氣體運(yùn)動(dòng)的基本定律 一定量氣體的壓強(qiáng)一定量氣體的壓強(qiáng)P、體積、體積V、溫度溫度T、質(zhì)量、質(zhì)量m 1.波義耳定律波義耳定律: 一定質(zhì)量的氣體，在一定質(zhì)量的氣體，在恒定的溫恒定的溫度度下，氣體的壓強(qiáng)與體積的乘積下，氣體的壓強(qiáng)與體積的乘積為常數(shù)。為常數(shù)。 PV=C 或或 P1V1=P2V2 2.蓋蓋 呂薩克定律呂薩克定律 一定質(zhì)量

22、的氣體，在一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)一定壓強(qiáng)一定時(shí)，時(shí)，氣體的體積與絕對(duì)溫度成正比。氣體的體積與絕對(duì)溫度成正比。 V=CT TTVV00 3.査理定律査理定律 一定質(zhì)量的氣體，如果一定質(zhì)量的氣體，如果體體積不變積不變，則氣體的壓強(qiáng)與，則氣體的壓強(qiáng)與絕對(duì)溫度成正比。絕對(duì)溫度成正比。 P=CT 或或 TTPP00 當(dāng)氣體處于平衡時(shí)，可得到描述氣體性質(zhì)的氣體狀態(tài)方程，當(dāng)氣體處于平衡時(shí)，可得到描述氣體性質(zhì)的氣體狀態(tài)方程，即：即： P=nkT 或或 式中，式中，P為壓強(qiáng)（為壓強(qiáng)（Pa）；）； n是氣體分子密度（個(gè)是氣體分子密度（個(gè)/m3）；）； V為體積（為體積（m3）；）； M為氣體分子量（為氣體分子量（

23、kg/mol）; m是氣體質(zhì)量（是氣體質(zhì)量（kg）; T是絕對(duì)溫度（是絕對(duì)溫度（K）；）； k是波爾茲曼常數(shù)（是波爾茲曼常數(shù)（1.3810-23J/K）。）。 R為氣體普適常數(shù)（為氣體普適常數(shù)（8.314J/mol.K），也可以用），也可以用R=RA.k來來表示，表示，NA為阿伏加德羅常數(shù)（為阿伏加德羅常數(shù)（6.0321023個(gè)個(gè)/mol），）， 于是可得：于是可得：RTMmPV )m/(102 . 7322個(gè)TPn1.10 臨界溫度臨界溫度 對(duì)于每一種氣體都有一個(gè)特定的溫度，高對(duì)于每一種氣體都有一個(gè)特定的溫度，高于此溫度時(shí)，氣體無論如何壓縮都不會(huì)液于此溫度時(shí)，氣體無論如何壓縮都不會(huì)液化，這個(gè)

24、溫度稱為該氣體的化，這個(gè)溫度稱為該氣體的臨界溫度臨界溫度。 也就是說，當(dāng)一個(gè)氣體處在臨界溫度以上也就是說，當(dāng)一個(gè)氣體處在臨界溫度以上時(shí)，無論怎樣壓縮都不能使其液化；當(dāng)它時(shí)，無論怎樣壓縮都不能使其液化；當(dāng)它處于臨界溫度以下時(shí)，則可壓縮使其液化。處于臨界溫度以下時(shí)，則可壓縮使其液化。1.11 氣體和蒸汽氣體和蒸汽 實(shí)用上的室溫（實(shí)用上的室溫（1525C）為準(zhǔn)，凡臨）為準(zhǔn)，凡臨界溫度高于室溫的氣體稱為蒸汽；低于室界溫度高于室溫的氣體稱為蒸汽；低于室溫的則為溫的則為“永久氣體永久氣體”或或“氣體氣體”。 如此，則室溫下，蒸汽是隨時(shí)可液化的，如此，則室溫下，蒸汽是隨時(shí)可液化的，而氣體則不能。氮、氫、氬、

25、氧和空氣的而氣體則不能。氮、氫、氬、氧和空氣的臨界溫度遠(yuǎn)低于室溫，所以在常溫下它們臨界溫度遠(yuǎn)低于室溫，所以在常溫下它們是是“氣體氣體”。二氧化碳的臨界溫度與室溫。二氧化碳的臨界溫度與室溫接近，極易液化。接近，極易液化。 蒸汽是不能滿足理想氣體方程的蒸汽是不能滿足理想氣體方程的，如將容，如將容器體積縮小，則有一部分蒸汽轉(zhuǎn)化成液態(tài)，器體積縮小，則有一部分蒸汽轉(zhuǎn)化成液態(tài)，其壓強(qiáng)未增。其壓強(qiáng)未增。 以上關(guān)于理想氣體的概念，只適用于以上關(guān)于理想氣體的概念，只適用于“永久氣體永久氣體”，不適用于蒸汽。，不適用于蒸汽?！坝谰脷庥谰脷怏w體”與蒸汽的區(qū)別，在于其所處溫度是在與蒸汽的區(qū)別，在于其所處溫度是在臨界溫

26、度以上或以下。臨界溫度以上或以下。 對(duì)一定的物質(zhì)，飽和蒸汽壓的大小只取決對(duì)一定的物質(zhì)，飽和蒸汽壓的大小只取決于溫度。于溫度。 溫度越高溫度越高,蒸汽壓越大蒸汽壓越大.1.12 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程 氣體分子處于不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它除與容器壁發(fā)生碰撞外，氣體氣體分子處于不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它除與容器壁發(fā)生碰撞外，氣體分子間還經(jīng)常發(fā)生碰撞。每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為分子間還經(jīng)常發(fā)生碰撞。每個(gè)分子在連續(xù)兩次碰撞之間的路程稱為“自由程自由程”。這是一個(gè)描述氣體性質(zhì)的微觀參量。其統(tǒng)計(jì)平均值：。這是一個(gè)描述氣體性質(zhì)的微觀參量。其統(tǒng)計(jì)平均值：稱為稱為“平均自由程平均自由程”。

27、由此可知，平均自由程與分子密度。由此可知，平均自由程與分子密度n和分子直和分子直徑徑 的平方是反比關(guān)系。的平方是反比關(guān)系。根據(jù)（根據(jù)（1- ）式，上式可改寫為）式，上式可改寫為此式表明，此式表明，氣體分子的自由程與壓強(qiáng)成反比，與溫度成正比。氣體分子的自由程與壓強(qiáng)成反比，與溫度成正比。顯然，在氣體種類和溫度一定的情況下顯然，在氣體種類和溫度一定的情況下 在在25C的空氣情況下的空氣情況下或或 PkT22常數(shù)P0 .6 6 7 ()Pc mP a)(667. 0cmPn2211.13 吸附與脫附 處在氣體中的表面，以兩種重要方式與氣體相互處在氣體中的表面，以兩種重要方式與氣體相互作用，即吸附與脫附

28、。作用，即吸附與脫附。 吸附吸附即分子附著于表面，即分子附著于表面，脫附脫附系分子從表面逸出。系分子從表面逸出。究竟是出現(xiàn)吸附或脫附，則根據(jù)具體情況而定。究竟是出現(xiàn)吸附或脫附，則根據(jù)具體情況而定。 如果表面是潔凈的，置于氣體中就出現(xiàn)吸附；如果表面是潔凈的，置于氣體中就出現(xiàn)吸附； 反之，如果它業(yè)已吸附大量氣體，置于真空中就反之，如果它業(yè)已吸附大量氣體，置于真空中就出現(xiàn)脫附。氣體分子在表面與空間之間的這種相出現(xiàn)脫附。氣體分子在表面與空間之間的這種相互轉(zhuǎn)換在真空技術(shù)中具有重要的意義?；マD(zhuǎn)換在真空技術(shù)中具有重要的意義。 1.14 兩個(gè)分子間的相互作用力兩個(gè)分子間的相互作用力 處于基態(tài)的兩個(gè)分子之間，存

29、在四種相互作用力。處于基態(tài)的兩個(gè)分子之間，存在四種相互作用力。 （1）彌散力）彌散力 即通常所稱的即通常所稱的范德瓦爾力范德瓦爾力，它存在于任何，它存在于任何一對(duì)分子之間。氣體在低溫時(shí)液化，就是這個(gè)力的作用結(jié)一對(duì)分子之間。氣體在低溫時(shí)液化，就是這個(gè)力的作用結(jié)果。彌散力存在于任何兩個(gè)中性分子之間。果。彌散力存在于任何兩個(gè)中性分子之間。 （2）感應(yīng)力）感應(yīng)力 兩個(gè)分子中一個(gè)或者兩個(gè)都具有永久電矩兩個(gè)分子中一個(gè)或者兩個(gè)都具有永久電矩（電偶極矩（電偶極矩或四極矩或四極矩）時(shí)出現(xiàn)的力。這時(shí)有電矩的分）時(shí)出現(xiàn)的力。這時(shí)有電矩的分子在另一個(gè)分子中感應(yīng)出一個(gè)電矩，從而產(chǎn)生相互作用力。子在另一個(gè)分子中感應(yīng)出一個(gè)

30、電矩，從而產(chǎn)生相互作用力。 （3）靜電力）靜電力 當(dāng)兩個(gè)分子都具有永久電矩時(shí)，就出現(xiàn)這當(dāng)兩個(gè)分子都具有永久電矩時(shí)，就出現(xiàn)這種靜電作用力。種靜電作用力。 （4）價(jià)力）價(jià)力 相當(dāng)于將原子結(jié)合為分子的力以及分子在相當(dāng)于將原子結(jié)合為分子的力以及分子在極度接近時(shí)出現(xiàn)的短程斥力。極度接近時(shí)出現(xiàn)的短程斥力。 真空技術(shù)中常遇氣體多為偶極矩及四極矩均為零（真空技術(shù)中常遇氣體多為偶極矩及四極矩均為零（=0，=0）之氣體，故）之氣體，故主要只存在彌散力及價(jià)力，而且主要是主要只存在彌散力及價(jià)力，而且主要是彌散力。彌散力。 1.15 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附與化學(xué)吸附 吸附的位能曲線。分子接近表面時(shí)，吸引力吸附的位能曲線。分子接近表面時(shí)，吸引力,先處于先處于物理吸附，當(dāng)獲得能量并能越過化學(xué)吸附激活能物理吸附，當(dāng)獲得能量并能越過化學(xué)吸附激活能Ea時(shí)，就轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。此時(shí)分子處在化學(xué)吸附平時(shí)，就轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。此時(shí)分子處在化學(xué)吸附平衡位置，它比處在無窮遠(yuǎn)處時(shí)能量低一數(shù)量衡位置，它比處在無窮遠(yuǎn)處時(shí)能量低一數(shù)量qc，這，這是發(fā)生吸附時(shí)應(yīng)放出的熱量，故稱化學(xué)吸附熱?；前l(fā)生吸附時(shí)應(yīng)放出的熱量，故稱化學(xué)吸