真空技術基礎(iii)

《真空技術基礎(iii)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、FundamentalsofVacuumTechniques（III）真空技術基礎（三）MainContent1、AdsorptionofGas氣體吸附現象2、GasDischargeunderLowTemperature低壓下氣體放電現象AdsorptionofGas(吸附)1、InteractionofSolidandGas吸附(Adsorption)：固體表面聚集一層或者多層氣體的現象；吸收(Adsorption)：氣體擴散滲入固體內部并被溶解的現象；解吸（Desorption）：被材料吸附的氣體或者蒸汽的釋放現象；

2、2、BasalPrincipleofAdsorption吸附是真空技術中非常重要的問題，只要涉及的是氣體與固體表面的相互作用。被吸附的氣體分子叫做吸附質，吸附氣體分子的固體叫吸附劑。吸附是固體物質的通性，但是有些物質的吸附能力特別強，如活性炭、硅膠、活性氧化鋁、分子篩、金屬鈦、金屬鋯和金屬鋇等。吸附現象在真空技術中要辨證地看待。吸附產生的機理大致說就是由于固體表面附件的力場存在，它對于與其碰撞的氣體分子而言扮演著一個勢阱（Potentialtrap）的角色。吸附劑與吸附質中間作用力分類兩種：范德瓦爾斯力和化學鍵力。范德瓦爾

3、斯力源于電偶極子，強度隨距離6次方衰減；化學鍵力源于吸附劑與吸附質之間的電子交換，有離子鍵和共價鍵的區(qū)分；吸附的過程：分子以能量與固體表面碰撞，以一定的幾率落入范德瓦爾斯勢阱，放出一部分熱量（吸附熱）。被捕獲的分子以一定幾率穿越勢壘（化學吸附活化能）落入更深的勢阱，放出較大的能量（化學吸附熱）。物理吸附與溫度負相關，化學吸附與溫度正相關。3、EquilibriumofAdsorption吸附出于平衡狀態(tài)時，吸附量是溫度與環(huán)境氣體壓力的函數：溫度一定時，吸附量僅僅是壓力的函數，叫做吸附等溫線。大量的實驗表明吸附等溫線有5中類

4、型，其中類型I為單分子層吸附。根據熱力學理論，很多研究者對吸附現象進行了研究，得到很多吸附等溫線的理論結果，其中真空技術中常用的有6種。需要注意的是下面這些公式都是有特定的使用范圍的，這從一個側面反映出吸附現象的復雜性，它不僅與吸附劑的物質種類和表面狀況有關，也與吸附質的物質種類、攜帶的能量等有關。朗繆爾等溫式：此外還有弗利德利胥等溫式、捷姆金等溫式、BET等溫式、杜平寧等溫式和亨利定律等。這些方程都是在普遍的熱力學規(guī)律基礎上，結合特定的假設得到的，所以適用性是有局限的?！墩婵赵O計手冊》P80～844、Non-equili

5、briumofAdsorption在吸附未達到平衡或者外界因素使得吸附質脫附時，吸附現象進入非平衡狀態(tài)。通常對非平衡態(tài)我們關注的是吸附或者解析速率。ChemicalAdsorptionSpeed其中γ是吸附成功率、Fc(θ)是沒有被化學吸附占據的吸附位碰撞的概率、Ea是吸附活化能、Γn是單位時間碰撞到單位面積襯底上的分子數目。為了簡單起見，通常定義粘附概率αc,得到化學吸附速率的表達式為：下面給出一些實際測量的結果。通常結論是和各種因素相關的。PhysicalAdsorptionSpeed物理吸附速率up是：定義凝聚速率得

6、到物理吸附速率表達式為：FirstLevelDesorptionspeed分別為單位面積吸附分子數、一級解吸速率常數、氣體普適常數、解吸活化能、熱力學溫度和吸附分子垂直于表面方向的振動周期。常見氣體的吸附常數和吸附熱有表可查。TwoLevelDesorptionSpeed在超高真空系統中許多化學活潑的雙原子氣體在金屬表面上化學吸附時分級為原子態(tài)。其解吸速率稱為二階解吸速率。分別是單位面積上吸附的分子數、單位面積上吸附的原子數、解吸活化能、二級解吸速率常數、普適氣體常數和熱力學溫標。GasDischargeunderLowT

7、emperature1、IonizationofGas假設分子具有球對稱勢能，當運動的電子只有在距離分子re之內時，其軌道才有顯著的變化。稱此時的球對稱勢能截面為有效截面（EffectCross-Section）。有效截面是微觀截面。單位體積內所有分子的有效截面之和叫做總截面。它在物理意義上相當于一個電子在氣體中經過單位路程和氣體分子碰撞的概率。電子平均自由程總截面CollisionNumberDistributionofElectroninAcceleratingElectricFieldbetweenTwoPole電子

8、從陰極飛躍到陽極的過程中，不斷與氣體分子碰撞，損失能量和改變運動方向。期間遭受i次碰撞的概率P{i}為：d為極間距如果在電極間有N0個電子，它們與氣體發(fā)生碰撞的總次數Z滿足：ElectronCollisionLeadingtoIonization電子與氣體分子碰撞導致有如下可能：a、不發(fā)生能量轉移b、激