真空凍干科學的應用領域

　　真空鍍膜技術是真空應用技術的一個重要分支，它已廣泛地應用于光學、電子學、能源開發，理化儀器、建筑機械、包裝、民用制品、表面科學以及科學研究等領域中。真空鍍膜所采用的方法主要有蒸發鍍、濺射鍍、離子鍍、束流沉積鍍以及分子束外延等。此外還有化學氣相沉積法。如果從真空鍍膜的目的是為了改變物質表面的物理、化學性能的話，這一技術又是真空表面處理技術中的重要組成部分，其分類如表 6 所示?，F就其幾個主要應用方面做一簡單介紹。首先在光學方面，一塊光學玻璃或石英表面上鍍一層或幾層不同物質的薄膜后，即可成為高反射或無反射(即增透膜)或者作任何預期比例的反射或透射材料，也可以作成對某種波長的吸收，而對另一種波長的透射的濾色片。高反射膜從大口徑的天文望遠鏡和各種激光器開始、一直到新型建筑物的大窗鍍膜茉莉，都很需要。增透膜則大量用于照相和各種激光器開始、一直到新型建筑物的大窗鍍膜玻璃，都很需要。增透膜則大量用于照相機和電視攝象機的鏡頭上。在電子學方面真空鍍膜更占有極為重要的地位。各種規模的繼承電路。包括存貯器、運算器、告訴邏輯元件等都要采用導電膜、絕緣膜和保護膜。作為制備電路的掩膜則用到鉻膜。磁帶、磁盤、半導體激光器，約瑟夫遜器件、電荷耦合器件( CCD )也都甬道各種薄膜。在顯示器件方面，錄象磁頭、高密度錄象帶以及平面顯示裝置的透明導電膜、攝像管光導膜、顯示管熒光屏的鋁襯等也都是采用真空鍍膜法制備。在元件方面，在真空中蒸發鎳鉻，鉻或金屬陶瓷可以制造電阻，在塑料上蒸發鋁、一氧化硅、二氧化鈦等可以制造電容器，蒸發硒可以得到靜電復印機用的硒鼓、蒸發鈦酸鋇可以制造磁致伸縮的起聲元件等等。真空蒸發還可以用于制造超導膜和慣性約束巨變反應用的微珠鍍層。此外還可以對珠寶、鐘表外殼表面、紡織品金屬花紋、金絲銀絲線等蒸鍍裝飾用薄膜，以及采用濺射鍍或離子鍍對刀具、模具等制造超硬膜。近兩年內所興起的多弧離子鍍制備鈦金制品，如不銹鋼薄板、鏡面板、包柱、扶手、床托架、樓梯欄桿等目前正在盛行。

表6 真空表面處理技術的分類

5、真空在食品包裝及冷凍干燥工業中的應用

　　近二十年來利用真空氣氛對食品進行保鮮的包裝技術發展較快。因為這種包裝不但具有免除氧氣使食品不易腐爛變質，貼體和充氣包裝即可不受昆蟲危害又可抑制霉菌生長，可提高和延長食品保鮮程度和存放時間等特點，而且包裝設備大多結構簡單，操作方便，價格低廉，采用的塑料包裝材料成本低、美觀大方、易于普及。真空包裝的食品種類較多，如榨菜、大頭菜、海帶、香腸、扒雞、燒鴨、豆制品、奶粉、麥乳精等等。由于新鮮的產品從收獲到另售過程中所經過的中間環節時間較長，損失嚴重易提高銷售價格，而真空包裝工藝的推廣，將使新鮮產品的價格和冷藏費用降低，從而可緩和供需之間的矛循。因此真空保鮮必將成為潛力極大的市場而活躍在人們的生活中。

　　真空冷凍干燥技術zui早出現于二十世紀初，近年來發展很快。這是因為它與通常的熱曬、熱風干燥，紅外干燥，高頻干燥相比較具有很多的優點。由于冷凍干燥的工藝過程是先將被干物料凍結，然后抽真空，使物料中已凍結成冰的水份不經過液態而直接升華去掉。因此凍干后的制品、不但可以呈現多孔性狀態而保持原來的形狀，便其加水后易恢復原狀，而且低溫干燥還可以防止物料熱分解。同時由于真空氣氛下干燥的物料免除了氧化作用，因此干燥后的制品，其物理、化學和生物性能可*不變。真空冷凍干燥的應用范圍正在逐年擴大。具應用實便如表 7 所示。

表7 真空冷凍干燥的應用范圍及實例

6、真空在航天工業中的應用

　　真空科學與航天技術密切相關的主要環節來至于空間的環境模擬，因為運載火箭、人造衛星、載人飛船、空間站、宇宙探測器以及航天飛機等各種空間飛行器，在空間飛行的過程中、都是在宇宙的自然真空中進行的。因此他們除了直接的受到空間真空環境的影響外，還要受到太陽輻射、各種帶電粒子及溫度的影響。這些因素將造成材料性能的改變或損傷;儀器靈敏度的失靈，從而會破壞這些飛行器的工作，甚至會造成宇航員的傷亡。為此，在地面上建立模擬空間環境的宇宙空間模擬實驗裝置，是非常必要的。因為只有在各種飛行器上天之前通過地面的模擬實驗。掌握航天器在空間工作的條件和特性，消除飛行中的各種隱患，才能確保飛行器及宇航員的安全。為了滿足這些要求，目前在地面上建立起的各種模擬裝置較多。表 8 給出了幾種主要模擬裝置的實驗內容及其對真空度的要求。供讀者參考。

表8 宇宙空間模擬設備的分類、實驗內容及實用真空度

7、真空在加速器及受控核聚變中的應用

　　加速器是對粒子加速使被加速的粒子獲得高能源的裝置，在加速器中能夠產生各種能量的電子、質子、氘、a粒子及其它重離子。利用這些粒子與物質的相互作用，還可以產生各種帶電和不帶電的次級粒子，如7粒子、中子、多種介子、超子、反粒子等。加速器產 生的粒子和射線已經用于核物理的研究以及醫療、工業、農業食品等部門。

　　為確保粒子與殘余氣體分子不發生碰撞 散射現象、真空度必須達到保證粒子直線運動的要求，否則不但會引起束流損失或粒子達不到高的能 量，而且也易發生真空絕緣不夠導致加 速器擊穿，使加速器不能處于正常工作狀態。表9是各種加速器的分類及它們所要求 的真空 度。

表9 加速器的類型及其真空度范圍

　　隨著地球上石油儲量的逐漸減少及大量能源消耗中所引起的環境污染。新能源的開發已經提到日程，其中受控核聚變所產生的巨大能源的利用，就是的一種。

　　目前，在這種新能源的開發上主要有兩種，一種是利用重原子核裂變為兩個輕原子核。在其裂變反應過程中所釋放出來的巨大的能量來發電、建立原子能發電站;另一種是利用兩個輕原子( 如氘、氚 )聚合成一個重原子核能釋放出來的巨大能量，這就是核聚變反應。利用這種反應所產生的能量，必須對反應過程加以控制，因此稱為受控核聚變。由于這種聚變的原料氘和氚的來源可從取之不盡的海水中提取，因此它的發展前途是不言而喻的。

　　核聚變反應要求的溫度很高：1.約為2億度，這樣高的溫度、只有像太陽那樣的恒星內部才能達到。在聚變反應中，如果氘氚中含有雜質、這種超高溫是很難達到的。因此將核聚變裝置中抽到十分清潔的超高真空是必*的條件。通常要求的真空度在10-7 ～ 10-9Pa范圍內

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