气体的吸附现象

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     气体或蒸汽被固体表面浮获而附着在表面上,形成单层或多层气体分子层的现象叫做吸附。能捕集气体的固体叫吸附剂,而被吸附的气体成份叫吸附质。发生吸附作用的原因是由于在吸附剂表面存在着力场。


    根据吸附力的不同,气体吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是气体分子受范德瓦尔斯力的吸引作用而附着在吸附剂表面之上,与气体的液化过程相类似,其特点是吸附较弱,吸附热较小,吸附不稳定,较易脱附,但对吸附的气体一般无选择性,温度越低吸附量越大,能形成多层吸附,分子筛吸附泵和低温泵的吸气作用就属于物理吸附。化学吸附是靠固体表面原子与气体分子间形成吸附化学键实现的,与发生化学反应相类似,同物理吸附相比,化学吸附的特点是吸附强,吸附热大,稳定不易脱附,吸附有选择性,温度较高时发生化学吸附的气体分子增多,只能紧贴表面形成单层吸附(在化学吸附的分子上面还能形成物理吸附),溅射离子泵和电子管中吸气剂的吸气作用就包括化学吸附。


    气体吸附的逆过程,即被吸附的气体或蒸汽从表面释放出来重新回到空间的过程,称为脱附或解吸。解吸现象可以是自然发生的,也可以是人为加速的。自然解吸有两种情况,一是从宏观平均地看,每个吸附气体分子在表面停留一段时间后,都要发生脱附飞回空间,这时也会有其它气体分子发生新的吸附,在气体温度、压力一定的条件下,吸附速率与脱附速率相等,表面上的气体吸附量维持恒定;另一种情况是在抽真空的过程中,空间气体压力不断降低,表面上脱附速率大干吸附速率,气体吸附量逐渐减少,气体从表面上缓缓放出,这种现象在真空中叫做材料的放气或出气。工程中最关心的问题是表面上的气体吸附总量和抽空时的放气速率,但至今还没有很准确通用的计算方法,只能从实践经验中总结出:在低真空阶段,表面吸附及表面放气与空问气体相比,数量很小,其影响可以忽略不计;在中真空阶段,表面放气量已接近空间气体量,对二者应同样重视;进入高真空乃至超高真空阶段,表面放气(不计系统漏气时)已成为主要气体负荷,放气的快慢直接影响着抽空时间。


    通过人为的手段有意识地促进气体解吸现象的发生,在真空技术中叫做去气或除气。人工去气可以缩短系统达到极限真空的时间;可以获得没有气体分子遮盖的清洁表面。加热烘烤去气方法通过提高吸气表面的温度,增加分子热运动能量来促进解吸,边加热边排气,常用于超高真空系统容器内表面及内部构件的去气和真空电子器件内灯丝等内部金属元件的去气;离子轰击去气方法一般是在空间形成气体放电,产生离子体区,使高能离子轰击待清洗的固体表面,产生气体溅射,使吸附气体发生脱附,这是一种相当有效、简捷迅速的除气手段,在薄膜技术、表面科学等有气体放电条件或有离子源的设备中广泛采用。

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