真空冻干科学的应用领域

真空冻干科学的应用领域

　　真空镀膜技术是真空应用技术的一个重要分支，它已广泛地应用于光学、电子学、能源开发，理化仪器、建筑机械、包装、民用制品、表面科学以及科学研究等领域中。真空镀膜所采用的方法主要有蒸发镀、溅射镀、离子镀、束流沉积镀以及分子束外延等。此外还有化学气相沉积法。如果从真空镀膜的目的是为了改变物质表面的物理、化学性能的话，这一技术又是真空表面处理技术中的重要组成部分，其分类如表 6 所示。现就其几个主要应用方面做一简单介绍。首先在光学方面，一块光学玻璃或石英表面上镀一层或几层不同物质的薄膜后，即可成为高反射或无反射(即增透膜)或者作任何预期比例的反射或透射材料，也可以作成对某种波长的吸收，而对另一种波长的透射的滤色片。高反射膜从大口径的天文望远镜和各种激光器开始、一直到新型建筑物的大窗镀膜茉莉，都很需要。增透膜则大量用于照相和各种激光器开始、一直到新型建筑物的大窗镀膜玻璃，都很需要。增透膜则大量用于照相机和电视摄象机的镜头上。在电子学方面真空镀膜更占有极为重要的地位。各种规模的继承电路。包括存贮器、运算器、告诉逻辑元件等都要采用导电膜、绝缘膜和保护膜。作为制备电路的掩膜则用到铬膜。磁带、磁盘、半导体激光器，约瑟夫逊器件、电荷耦合器件( CCD )也都甬道各种薄膜。在显示器件方面，录象磁头、高密度录象带以及平面显示装置的透明导电膜、摄像管光导膜、显示管荧光屏的铝衬等也都是采用真空镀膜法制备。在元件方面，在真空中蒸发镍铬，铬或金属陶瓷可以制造电阻，在塑料上蒸发铝、一氧化硅、二氧化钛等可以制造电容器，蒸发硒可以得到静电复印机用的硒鼓、蒸发钛酸钡可以制造磁致伸缩的起声元件等等。真空蒸发还可以用于制造超导膜和惯性约束巨变反应用的微珠镀层。此外还可以对珠宝、钟表外壳表面、纺织品金属花纹、金丝银丝线等蒸镀装饰用薄膜，以及采用溅射镀或离子镀对刀具、模具等制造超硬膜。近两年内所兴起的多弧离子镀制备钛金制品，如不锈钢薄板、镜面板、包柱、扶手、床托架、楼梯栏杆等目前正在盛行。

表6 真空表面处理技术的分类

5、真空在食品包装及冷冻干燥工业中的应用

　　近二十年来利用真空气氛对食品进行保鲜的包装技术发展较快。因为这种包装不但具有免除氧气使食品不易腐烂变质，贴体和充气包装即可不受昆虫危害又可抑制霉菌生长，可提高和延长食品保鲜程度和存放时间等特点，而且包装设备大多结构简单，操作方便，价格低廉，采用的塑料包装材料成本低、美观大方、易于普及。真空包装的食品种类较多，如榨菜、大头菜、海带、香肠、扒鸡、烧鸭、豆制品、奶粉、麦乳精等等。由于新鲜的产品从收获到另售过程中所经过的中间环节时间较长，损失严重易提高销售价格，而真空包装工艺的推广，将使新鲜产品的价格和冷藏费用降低，从而可缓和供需之间的矛循。因此真空保鲜必将成为潜力极大的市场而活跃在人们的生活中。

　　真空冷冻干燥技术zui早出现于二十世纪初，近年来发展很快。这是因为它与通常的热晒、热风干燥，红外干燥，高频干燥相比较具有很多的优点。由于冷冻干燥的工艺过程是先将被干物料冻结，然后抽真空，使物料中已冻结成冰的水份不经过液态而直接升华去掉。因此冻干后的制品、不但可以呈现多孔性状态而保持原来的形状，便其加水后易恢复原状，而且低温干燥还可以防止物料热分解。同时由于真空气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、化学和生物性能可*不变。真空冷冻干燥的应用范围正在逐年扩大。具应用实便如表 7 所示。

表7 真空冷冻干燥的应用范围及实例

6、真空在航天工业中的应用

　　真空科学与航天技术密切相关的主要环节来至于空间的环境模拟，因为运载火箭、人造卫星、载人飞船、空间站、宇宙探测器以及航天飞机等各种空间飞行器，在空间飞行的过程中、都是在宇宙的自然真空中进行的。因此他们除了直接的受到空间真空环境的影响外，还要受到太阳辐射、各种带电粒子及温度的影响。这些因素将造成材料性能的改变或损伤;仪器灵敏度的失灵，从而会破坏这些飞行器的工作，甚至会造成宇航员的伤亡。为此，在地面上建立模拟空间环境的宇宙空间模拟实验装置，是非常必要的。因为只有在各种飞行器上天之前通过地面的模拟实验。掌握航天器在空间工作的条件和特性，消除飞行中的各种隐患，才能确保飞行器及宇航员的安全。为了满足这些要求，目前在地面上建立起的各种模拟装置较多。表 8 给出了几种主要模拟装置的实验内容及其对真空度的要求。供读者参考。

表8 宇宙空间模拟设备的分类、实验内容及实用真空度

7、真空在加速器及受控核聚变中的应用

　　加速器是对粒子加速使被加速的粒子获得高能源的装置，在加速器中能够产生各种能量的电子、质子、氘、a粒子及其它重离子。利用这些粒子与物质的相互作用，还可以产生各种带电和不带电的次级粒子，如7粒子、中子、多种介子、超子、反粒子等。加速器产 生的粒子和射线已经用于核物理的研究以及医疗、工业、农业食品等部门。

　　为确保粒子与残余气体分子不发生碰撞 散射现象、真空度必须达到保证粒子直线运动的要求，否则不但会引起束流损失或粒子达不到高的能 量，而且也易发生真空绝缘不够导致加 速器击穿，使加速器不能处于正常工作状态。表9是各种加速器的分类及它们所要求 的真空 度。

表9 加速器的类型及其真空度范围

　　随着地球上石油储量的逐渐减少及大量能源消耗中所引起的环境污染。新能源的开发已经提到日程，其中受控核聚变所产生的巨大能源的利用，就是的一种。

　　目前，在这种新能源的开发上主要有两种，一种是利用重原子核裂变为两个轻原子核。在其裂变反应过程中所释放出来的巨大的能量来发电、建立原子能发电站;另一种是利用两个轻原子( 如氘、氚 )聚合成一个重原子核能释放出来的巨大能量，这就是核聚变反应。利用这种反应所产生的能量，必须对反应过程加以控制，因此称为受控核聚变。由于这种聚变的原料氘和氚的来源可从取之不尽的海水中提取，因此它的发展前途是不言而喻的。

　　核聚变反应要求的温度很高：1.约为2亿度，这样高的温度、只有像太阳那样的恒星内部才能达到。在聚变反应中，如果氘氚中含有杂质、这种超高温是很难达到的。因此将核聚变装置中抽到十分清洁的超高真空是必*的条件。通常要求的真空度在10-7 ～ 10-9Pa范围内

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