自1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利演示了著名的大氣壓實驗，為人類揭示了“真空”這個物理狀態(tài)的存在。在此后的幾個世紀(jì)里，真空技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域。譬如，材料界極為重要的材料：薄膜材料，其制備便大多是在真空或者在較低的氣壓條件下進(jìn)行的。

手機中存有上千個半導(dǎo)體元件，

這些半導(dǎo)體元器件的制造都離不開真空技術(shù)

什么是真空?

人類所接觸的真空大體上可分為兩種：一種是宇宙空間所存在的真空，稱之為“自然真空”；另一種是人們用真空泵抽調(diào)容器中的氣體所獲得的直空，人們稱之為“人為真空”。在真空科學(xué)中，不論哪一種類型上的真空，只要在給定空間內(nèi)，氣體壓強低于一個大氣壓的氣體狀態(tài)，均被稱之為真空，而往往把完全沒有氣體的空間狀態(tài)稱為絕對真空。

因此，一般意義上的“真空”并不是指“什么物質(zhì)也不存在”，目前，就算采用最先進(jìn)的真空制備手段所能達(dá)到的最低壓強下，每立方厘米體積中仍有那么幾百個氣體分子。因此，平時我們所說的真空均指相對真空狀態(tài)。PS：即使是理想狀態(tài)的沒有空氣的絕對真空，在當(dāng)前科學(xué)理論認(rèn)為也絕非空無一物的意思。

說明：1.空的空間。2.突然出現(xiàn)兩個粒子。3.粒子撞擊在一起并相互湮滅。4.它們在空間中留下能量波紋。

真空本指沒有任何實物粒子存在的空間，但什么都沒有的空間是不存在的。假設(shè)你把一個空間的氣體都趕跑，會發(fā)現(xiàn)還是不時有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失，無中生有。物理上的真空實際上是一片不停波動的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰，能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子，當(dāng)能量達(dá)到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。簡單的說，量子理論認(rèn)為，真空中雖然不存在任何實粒子，但由于量子漲落，時時處處充滿了虛粒子的產(chǎn)生和湮滅。

在真空技術(shù)中，常用“真空度”這個習(xí)慣用語和“壓強”這一物理量表示某一空間的真空程度。它倆的關(guān)系是某空間的壓強越低意味著真空度成高，反之，壓強高的空間則真空度低。 

真空區(qū)域的劃分

真空各區(qū)域的氣體分子運動性質(zhì)各不相同。粗真空下，氣態(tài)空間近似為大氣狀態(tài)，分子仍以熱運動為主，分子之間碰撞十分頻繁；低真空是氣體分子的流動逐漸從黏滯流狀態(tài)向分子狀態(tài)過渡，此時氣體分子之間和分子與器壁之間的碰撞次數(shù)差不多；當(dāng)達(dá)到高真空時，氣體分子的流動已為分子流，氣體分子與容器器壁之間的碰撞為主，而且碰撞次數(shù)大大減少，在高真空下蒸發(fā)的材料，其粒子將沿直線飛行；在超高真空時，氣體的分子數(shù)目就更少，幾乎不存在分子間的碰撞，分子與器壁的碰撞機會也更少了。

工業(yè)上真空的獲得

“抽真空”是工業(yè)上獲得真空的方法，即利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽出，使該空間的壓強低于一個大氣壓。常用的獲取真空的設(shè)備主要有旋轉(zhuǎn)式機械真空泵、油擴散泵、復(fù)合分子泵、分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和低溫泵等。

其中前三種真空泵屬干氣體傳輸泵，即通過氣體不斷吸入并排出真空泵從而達(dá)到排氣的目的；后四種真空泵屬干氣體捕獲泵，是一種利用吸氣材料所特有的吸氣作用將被抽空間的氣體吸除，以達(dá)到所需真空度。由于這些捕類獲泵不采用油作為介質(zhì)，故稱之為無油類泵。

通常來說僅使用一種真空泵是很難達(dá)到超高直空度的，人們常常把2~3種真空泵組合起來構(gòu)成復(fù)合排氣系統(tǒng)以獲得所需要的高真空。例如，有油真空系統(tǒng)中，油封機械泵（兩極）+油擴散泵組合裝置可獲得10^-6~10^-8Pa的壓強；無油系統(tǒng)中，采用吸附泵+濺射離子泵+鈦升華泵裝置可獲得10^-6~10^-9Pa的壓強；也有將有油、無油系統(tǒng)混用，如采用機械泵+復(fù)合分子泵裝置可以獲得超高真空。

參考資料：

1、《薄膜材料與薄膜技術(shù)》，鄭偉濤等編著。

粉體圈 編輯 小白