1第1章真空技术基础素材.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * Thin Film Materials Technologies 薄膜材料与技术 -*- 本课程讨论的对象： 什么是薄膜（Thin film）？ 本课程的讨论对象是什么 ？ ① 相对尺度：某一维尺寸 其余二维尺寸； ② 绝对尺度：在此维度上材料厚度 1~5 ?m， 厚度 5 ?m 的沉积层叫什么 ？ ? 一般称为涂层 (Coatings) ? 具有结构/功能特性的固态薄膜（thin solid films）！ 薄膜材料与技术 真空技术已经成为一门独立的前沿学科。 真空技术是最基本的薄膜制备技术，因制备过程需要真空环境，所以首先需要掌握真空的基本知识。 1 真空技术基础 真空与薄膜材料与技术有何关系？ ? 几乎所有的现代薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条件下进行 ? 都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程 ? 了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识 ? 是了解薄膜材料制备技术的基础！ 1.1 真空的基本知识 中学物理内容：1643年 托里切利 (Torricelli) 著名的大气压实验 ? 为人类首次揭示了 真空 这个物理状态的存在！ ? 管内水银柱上方空间内，因已排除空气的存在而形成真空 (托里切利真空) 图中A、B、C三点压力相等，A、C点：大气压；B点：水银柱产生的压力 ? 换句话说：可用水银柱产生的压力 作为 大气压力 的量度! ? 把高度为760 mm的水银柱所产生的压力定义为1个大气压 (1 atm) ? 1 atm = 760 mmHg ！ 结果：得到了“真空”的定义和大气压的定义与量度依据！ 1 真空技术基础 1.1 真空的基本知识 概念：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走， 使该空间内的气压小于 1 个大气压， 则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。 注意：真空，实际上指的是 ? 一种低压的、稀薄的气体状态， ? 而不是指“没有任何物质存在”！ 因此，真空可分为 现代真空技术的极限：每 cm3空间内仅有数百个气体分子 ? 对应气压 ? 10-11 Pa 思考题：常温常压下，每cm3空间内有多少个气体分子？ 提示：可由Avogadro常数推算 (6.02×1023个/22.4×103cm3 ? 2.7×1019 个/cm3) 1 真空技术基础 1.1 真空的基本知识 1.1.1 真空度的单位 ? 真空的实质：一种低压气体物理状态 ? 真空度采用气体压强表征 ? 真空度的单位 = 气体压强的单位 ? 注意：真空度和气压的意义相反 ? 真空度? 意味着 气压? ? 主要单位制 ? 换算基础：1 N＝105 dyne＝0.225 lbf 1 atm＝760 mmHg（torr）＝1.013×105 Pa＝1.013 bar 1 真空技术基础 1.1 真空的基本知识 1.1.1 真空度的单位 ? 不同真空度单位制间的换算关系： 说明：1、mmHg是人类使用最早、最广泛的压强单位； 1958年为纪念托里切利，用托（torr）代替了mmHg：1 torr＝1 mmHg 2、早期的真空度计量常以 torr 或 mbar 为单位； 目前随着标准化进程的推进，SI（MKS）制单位应用日渐广泛 ? 真空度用 Pa 作单位 torr/mmHg Pa bar atm PSI 1 torr(1 mmHg) 1.333×102(1.013×105/760) 1.333×10-3(1.013/760) 1.316×10-3(1/760) 1.9337×10-2 1 Pa 7.501×10-3(760/1.013×105) 10-5 9.869×10-6(1/1.013×105) 1.4504×10-4 1 bar 7.501×102 105 9.869×10-1 1.4504×101 1 atm 760.0 1.013×105 1.013 1.4696×101 1 PSI 51.7149 6.8948×103 6.8948×10-2 6.8046×10-2 1 真空技术基础