分子科學(xué)

1、利用高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉輪將動(dòng)量傳給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流動(dòng)而抽氣的真空泵。渦輪分子泵的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)快，能抗各種射線的照射，耐大氣沖擊，無氣體存儲(chǔ)和解吸效應(yīng)，無油蒸氣污染或污染很少，能獲得清潔的超高真空。渦輪分子泵廣泛用于高能加速器、可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置、重粒子加速器和高級(jí)電子器件制造等方面。1956年，聯(lián)邦德國(guó)的W.貝克首次提出有實(shí)用價(jià)值的渦輪分子泵，以后相繼出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)的分子泵，主要有立式和臥式兩種圖2為立式渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)圖。渦輪分

2、子泵主要由泵體、帶葉片的轉(zhuǎn)子（即動(dòng)葉輪）、靜葉輪和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。動(dòng)葉輪外緣的線速度高達(dá)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速度（一般為150～400米秒）。單個(gè)葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵要由十多個(gè)動(dòng)葉輪和靜葉輪組成。動(dòng)葉輪和靜葉輪交替排列。動(dòng)、靜葉輪幾何尺寸基本相同但葉片傾斜角相反。圖2為20個(gè)動(dòng)葉輪組成的整體式轉(zhuǎn)子。每?jī)蓚€(gè)動(dòng)葉輪之間裝一個(gè)靜葉輪。靜葉輪外緣用環(huán)固定并使動(dòng)、靜葉輪間保持1毫米左右的間隙動(dòng)葉輪可在靜葉輪間自由旋轉(zhuǎn)。圖3為一個(gè)動(dòng)葉片的工作示

3、意圖。在運(yùn)動(dòng)葉片兩側(cè)的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(cè)（圖3a），當(dāng)氣體分子到達(dá)A點(diǎn)附近時(shí)，在角度α1內(nèi)反射的氣體分子回到左側(cè)；在角度β1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側(cè)，另一部分穿過葉片到達(dá)右側(cè)；在角度γ1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片到達(dá)右側(cè)。同理，在葉輪右側(cè)（圖3b）當(dāng)氣體分子入射到B點(diǎn)附近時(shí)，在α2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側(cè)；在β2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達(dá)左側(cè)，另一部分返回右側(cè)；在γ2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過葉片到達(dá)左側(cè)。傾

4、斜葉片的運(yùn)動(dòng)使氣體分子從左側(cè)穿過葉片到達(dá)右側(cè)，比從右側(cè)穿過葉片到達(dá)左側(cè)的幾率大得多。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣體分子便不斷地由左側(cè)流向右側(cè)，從而產(chǎn)生抽氣作用。[1]性能和特點(diǎn)泵的排氣壓力與進(jìn)氣壓力之比稱為壓縮比。壓縮比除與泵的級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與氣體種類有關(guān)。分子量大的氣體有高的壓縮比。對(duì)氮（或空氣）的壓縮比為108～109；對(duì)氫為102～104；對(duì)分子量大的氣體如油蒸氣則大于1010。泵的極限壓力為109帕，工作壓力范圍為101～108帕，抽

5、氣速率為幾十到幾千升每秒（1升=103米3）。渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)（氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)）下工作才能顯示出它的優(yōu)越性因此要求配有工作壓力為1～102帕的前級(jí)真空泵。分子泵本身由轉(zhuǎn)速為10000～60000轉(zhuǎn)分的中頻電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。掃描探針顯微鏡是指一類通過微小探針在樣品表面掃描，將探針與樣品表面間的相互作用轉(zhuǎn)換為表面形貌和特性圖像的顯微鏡。它提供了表面的三維高空間分辨的圖像。掃描探針顯微鏡(SPM)主要

6、包括掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)兩種功能。完整的掃描探針顯微鏡由控制系統(tǒng)和顯微鏡系統(tǒng)組成。掃描隧道顯微鏡的工作原理是利用電子隧道現(xiàn)象，將樣品本身作為一具電極，另一個(gè)電極是一根非常尖銳的探針。把探針移近樣品，并在兩者之間加上電壓，當(dāng)探針和樣品表面相距只有數(shù)十埃時(shí)，由于隧道效應(yīng)在探針與樣品表面之間就會(huì)產(chǎn)生隧穿電流，并保持不變。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也將使穿電流發(fā)生成千上萬倍的變化。這些信息輸入電子計(jì)算

7、機(jī)，經(jīng)過處理即可在熒光屏上顯示出一幅物體的三維圖像。掃描隧道顯微鏡一般用于導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面的測(cè)定。原子力顯微鏡主要包括接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。一個(gè)對(duì)力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個(gè)微小的探針，當(dāng)探針輕微地接觸、接近或輕敲樣品表面時(shí)，由于探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產(chǎn)生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)并進(jìn)行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的信號(hào)。這些信息輸入電子計(jì)算機(jī)，經(jīng)過處理即可

8、在熒光屏上顯示出一幅物體的三維圖像。SPM作為新型的顯微工具與以往的各種顯微鏡和分析儀器相比有著其明顯的優(yōu)勢(shì)：首先，SPM具有極高的分辨率。它可以輕易的“看到”原子，這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達(dá)到的。其次，SPM得到的是實(shí)時(shí)的、真實(shí)的樣品表面的高分辨率圖像。而不同于某些分析儀器是通過間接的或計(jì)算的方法來推算樣品的表面結(jié)構(gòu)。也就是說，SPM是真正看到了原子。再次，SPM的使用環(huán)境寬松。電子顯微鏡等儀器對(duì)工作環(huán)境要求比較苛刻，樣品必

9、須安放在高真空條件下才能進(jìn)行測(cè)試。而SPM既可以在真空中工作，又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫，甚至在溶液中使用。因此SPM適用于各種工作環(huán)境下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。SPM的應(yīng)用領(lǐng)域是寬廣的。無論是物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，還是材料、微電子等應(yīng)用學(xué)科都有它的用武之地。SPM的價(jià)格相對(duì)于電子顯微鏡等大型儀器來講是較低的。同其它表面分析技術(shù)相比，SPM有著諸多優(yōu)勢(shì)，不僅可以得到高分辨率的表面成像，與其他類型的顯微鏡相比（光學(xué)顯微鏡，電子顯微鏡

10、）相比，SPM掃描成像的一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)是可以成三維的樣品表面圖像，還可對(duì)材料的各種不同性質(zhì)進(jìn)行研究。同時(shí)，SPM正在向著更高的目標(biāo)發(fā)展，即它不僅作為一種測(cè)量分析工具，而且還要成為一種加工工具，也將使人們有能力在極小的尺度上對(duì)物質(zhì)進(jìn)行改性、重組、再造SPM對(duì)人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力將起著極大的促進(jìn)作用。同時(shí)受制其定量化分析的不足，因此SPM的計(jì)量化也是人們正在致力于研究的另一重要方向，這對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)和超精密加工技術(shù)來說有著非同一般的