1、利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的照射，耐大气冲击，无气体存储和解吸效应，无油蒸气污染或污染很少，能获得清洁的超高真空。涡轮分子泵广泛用于高能加速器、可控热核反应装置、重粒子加速器和高级电子器件制造等方面。1956 年 ， 联 邦 德 国 的 W.贝 克 首 次 提 出 有 实 用 价 值 的 涡 轮 分 子 泵 ， 以 后相 继 出 现 了 各 种 不 同 结 构 的 分 子 泵 ， 主 要 有 立 式 和 卧 式 两 种 ,图 2 为 立 式 涡轮 分 子 泵 的 结 构 图 。 涡 轮 分 子 泵 主 要 由
2、 泵 体 、 带 叶 片 的 转 子 （ 即 动 叶 轮 ） 、静 叶 轮 和 驱 动 系 统 等 组 成 。 动 叶 轮 外 缘 的 线 速 度 高 达 气 体 分 子 热 运 动 的 速 度（ 一 般 为 150 400 米 /秒 ） 。 单 个 叶 轮 的 压 缩 比 很 小 ， 涡 轮 分 子 泵 要 由 十 多个 动 叶 轮 和 静 叶 轮 组 成 。 动 叶 轮 和 静 叶 轮 交 替 排 列 。 动 、 静 叶 轮 几 何 尺 寸 基本 相 同 ,但 叶 片 倾 斜 角 相 反 。 图 2 为 20 个 动 叶 轮 组 成 的 整 体 式 转 子 。 每 两个 动 叶 轮 之 间
3、 装 一 个 静 叶 轮 。 静 叶 轮 外 缘 用 环 固 定 并 使 动 、 静 叶 轮 间 保 持1 毫 米 左 右 的 间 隙 ,动 叶 轮 可 在 静 叶 轮 间 自 由 旋 转 。 图 3 为 一 个 动 叶 片 的 工 作 示 意 图 。 在 运 动 叶 片 两 侧 的 气 体 分 子 呈 漫 散射 。 在 叶 轮 左 侧 （ 图 3a） ， 当 气 体 分 子 到 达 A 点 附 近 时 ， 在 角 度 1 内 反射 的 气 体 分 子 回 到 左 侧 ； 在 角 度 1 内 反 射 的 气 体 分 子 一 部 分 回 到 左 侧 ，另 一 部 分 穿 过 叶 片 到 达 右
4、侧 ； 在 角 度 1 内 反 射 的 气 体 分 子 将 直 接 穿 过 叶片 到 达 右 侧 。 同 理 ， 在 叶 轮 右 侧 （ 图 3b） ,当 气 体 分 子 入 射 到 B 点 附 近 时 ，在 2 角 度 内 反 射 的 气 体 分 子 将 返 回 右 侧 ； 在 2 角 度 内 反 射 的 气 体 分 子一 部 分 到 达 左 侧 ， 另 一 部 分 返 回 右 侧 ； 在 2 角 度 内 反 射 的 气 体 分 子 穿 过叶 片 到 达 左 侧 。 倾 斜 叶 片 的 运 动 使 气 体 分 子 从 左 侧 穿 过 叶 片 到 达 右 侧 ， 比 从右 侧 穿 过 叶 片
5、到 达 左 侧 的 几 率 大 得 多 。 叶 轮 连 续 旋 转 ， 气 体 分 子 便 不 断 地 由左 侧 流 向 右 侧 ， 从 而 产 生 抽 气 作 用 。 1 性 能 和 特 点泵 的 排 气 压 力 与 进 气 压 力 之 比 称 为 压 缩 比 。 压 缩 比 除 与 泵 的 级 数 和 转速 有 关 外 ， 还 与 气 体 种 类 有 关 。 分 子 量 大 的 气 体 有 高 的 压 缩 比 。 对 氮 （ 或 空气 ） 的 压 缩 比 为 108 109； 对 氢 为 102 104； 对 分 子 量 大 的 气 体 如 油 蒸 气则 大 于 1010。 泵 的 极 限
6、 压 力 为 10-9 帕 ， 工 作 压 力 范 围 为 10-1 10-8 帕 ，抽 气 速 率 为 几 十 到 几 千 升 每 秒 （ 1 升 =10-3 米 3） 。 涡 轮 分 子 泵 必 须 在 分 子流 状 态 （ 气 体 分 子 的 平 均 自 由 程 远 大 于 导 管 截 面 最 大 尺 寸 的 流 态 ） 下 工 作 才能 显 示 出 它 的 优 越 性 ,因 此 要 求 配 有 工 作 压 力 为 1 10-2 帕 的 前 级 真 空 泵 。分 子 泵 本 身 由 转 速 为 10000 60000 转 /分 的 中 频 电 动 机 直 联 驱 动 。图 2 立 式 涡
7、 轮 分 子 泵 的 结 构 图图 3 动 页 片 的 工 作 原 理涡 轮 分 子 泵 Pfeiffer TPU 150 分 子 泵 内 部扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜 AFM,激光力显微镜 LFM，磁力显微镜 MFM 等等）的统称，是国际上近年发展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动控制技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技
8、产品。扫描探针显微镜是指一类通过微小探针在样品表面扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像的显微镜。它提供了表面的三维高空间分辨的图像。扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧道显微镜 (STM)和原子力显微镜(AFM) 两种功能。完整的扫描探针显微镜由控制系统和显微镜系统组成。扫描隧道显微镜的工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的
9、变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。原子力显微镜主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。SPM 作 为 新 型 的 显 微 工 具 与 以 往 的 各 种 显 微 镜 和 分 析 仪 器
10、 相 比 有 着 其 明 显 的 优 势 ： 首 先 ， SPM 具 有 极 高 的 分 辨 率 。 它 可 以 轻 易 的 “看 到 ”原 子 ， 这 是 一 般 显 微 镜 甚 至 电 子 显 微 镜所 难 以 达 到 的 。 其 次 ， SPM 得 到 的 是 实 时 的 、 真 实 的 样 品 表 面 的 高 分 辨 率 图 像 。 而 不 同 于 某 些 分 析 仪 器 是 通 过 间接 的 或 计 算 的 方 法 来 推 算 样 品 的 表 面 结 构 。 也 就 是 说 ， SPM 是 真 正 看 到 了 原 子 。 再 次 ， SPM 的 使 用 环 境 宽 松 。 电 子 显
11、 微 镜 等 仪 器 对 工 作 环 境 要 求 比 较 苛 刻 ， 样 品 必 须 安 放 在 高 真空 条 件 下 才 能 进 行 测 试 。 而 SPM 既 可 以 在 真 空 中 工 作 ， 又 可 以 在 大 气 中 、 低 温 、 常 温 、 高 温 ， 甚 至在 溶 液 中 使 用 。 因 此 SPM 适 用 于 各 种 工 作 环 境 下 的 科 学 实 验 。 SPM 的 应 用 领 域 是 宽 广 的 。 无 论 是 物 理 、 化 学 、 生 物 、 医 学 等 基 础 学 科 ， 还 是 材 料 、 微 电 子 等 应用 学 科 都 有 它 的 用 武 之 地 。 SP
12、M 的 价 格 相 对 于 电 子 显 微 镜 等 大 型 仪 器 来 讲 是 较 低 的 。 同 其 它 表 面 分 析 技 术 相 比 ， SPM 有 着 诸 多 优 势 ， 不 仅 可 以 得 到 高 分 辨 率 的 表 面 成 像 ， 与 其 他 类型 的 显 微 镜 相 比 （ 光 学 显 微 镜 ， 电 子 显 微 镜 ） 相 比 ， SPM 扫 描 成 像 的 一 个 巨 大 的 优 点 是 可 以 成 三 维的 样 品 表 面 图 像 ， 还 可 对 材 料 的 各 种 不 同 性 质 进 行 研 究 。 同 时 ， SPM 正 在 向 着 更 高 的 目 标 发 展 ， 即
13、它 不 仅 作 为 一 种 测 量 分 析 工 具 ， 而 且 还 要 成 为 一 种 加 工 工 具 ， 也 将 使 人 们 有 能 力 在 极 小 的 尺 度上 对 物 质 进 行 改 性 、 重 组 、 再 造 SPM 对 人 们 认 识 世 界 和 改 造 世 界 的 能 力 将 起 着 极 大 的 促 进 作 用 。同 时 受 制 其 定 量 化 分 析 的 不 足 ， 因 此 SPM 的 计 量 化 也 是 人 们 正 在 致 力 于 研 究 的 另 一 重 要 方 向 ， 这 对于 半 导 体 工 业 和 超 精 密 加 工 技 术 来 说 有 着 非 同 一 般 的 意 义膜
14、技 术 定 义在 某 种 推 动 力 的 作 用 下 ， 利 用 某 种 隔 膜 特 定 的 透 过 性 能 ， 使 溶 质 或 溶 剂分 离 的 方 法 称 为 膜 分 离 。 分 离 溶 质 时 一 般 叫 渗 析 ； 分 离 溶 剂 时 一 般 叫 渗 透 。 膜 是 一 种 具 有 特殊 选 择 性 分 离 功 能 的 无 机 或 高 分 子 材 料 ， 它 能 把 流 体 分 隔 成 不 相 通 的 两 个部 分 ， 使 其 中 的 一 种 或 几 种 物 质 能 透 过 ， 而 将 其 他 物 质 分 离 出 来 。 膜 技 术 是环 境 保 护 和 环 境 治 理 的 首 选 技
15、 术 。 在 食 品 工 业 中 也 正 在 发 挥 着 重 要 的 作 用 。膜 是 膜 技 术 的 核 心 ， 膜 材 料 的 性 质 和 化 学 结 构 对 膜 分 离 性 能 起 着 决 定 性的 影 响 。 分 类 ： 按 材 料 来 源 分 ： 天 然 膜 和 合 成 膜 ， 合 成 膜 又 分 为 有 机 膜 与 无 机 膜 。 按 结 构 分 有 七 类 ： a.均 质 膜 或 致 密 膜 ， 为 结 构 均 匀 的 致 密 膜 。 b.对 称 微 孔 膜 ， 平 均 孔 径 为 0.0210 m。 按 成 膜 方 法 不 同 ， 有 三 种 类型 的 微 孔 膜 ， 即 核
16、孔 膜 、 控 制 拉 伸 膜 和 海 绵 状 结 构 膜 。 c.非 对 称 膜 。 膜 断 面 为 不 对 称 结 构 ， 是 工 业 上 应 用 最 多 的 膜 。 d.复 合 膜 。 在 多 孔 膜 表 面 加 涂 另 一 种 材 料 的 致 密 复 合 层 。 e.离 子 交 换 膜 。 f.荷 电 膜 。 g.液 膜 。 包 括 支 撑 液 膜 和 乳 状 液 膜 。 按 形 状 分 ： 平 板 膜 、 管 式 膜 、 中 空 纤 维 膜 和 卷 式 膜 膜 技 术 在 日 常 生 活 中 也 日 益 显 示 出 它 的 重 要 作 用 和 光 明 前 景 。 自 从 人 们发 现
17、 自 来 水 含 有 三 卤 甲 烷 、 农 药 、 洗 涤 剂 以 及 自 来 水 管 、 水 塔 的 二 次 污 染 后 ，就 开 始 用 反 渗 透 膜 制 备 纯 净 水 。 但 是 由 于 纯 净 水 制 作 成 本 较 高 ， 而 且 在 去 除水 中 有 害 物 质 的 同 时 ， 也 把 对 人 体 有 益 的 无 机 盐 剔 除 掉 了 。 于 是 ， 人 们 又用 纯 膜 装 置 生 产 出 具 有 矿 泉 水 和 纯 净 水 两 者 优 点 的 、 具 有 生 物 活 性 的 、 可 直接 生 饮 的 过 滤 水 。膜 技 术 的 发 展 ： 1.低 污 染 膜 ： 膜
18、污 染 是 反 渗 透 膜 技 术 应 用 中 的 最 大 危 害 。 目 前 已 有 几 种 抗 污 染 性 能 强 、使 用 寿 命 长 、 清 洗 频 度 低 且 易 清 洗 的 低 污 染 膜 在 膜 技 术 领 域 问 世 。 2.超 低 压 膜 ： 由 于 节 省 电 耗 和 降 低 相 关 机 械 部 件 的 压 力 等 级 引 起 材 料 费 下 降 等 优 点 ，自 1999 年 以 来 超 低 压 膜 在 膜 技 术 领 域 应 用 比 重 日 益 增 大 ， 这 在 以 使 用 4英 寸 膜 为 主 的 小 型 装 置 中 应 用 最 为 突 出 ， 大 型 装 置 中
19、应 用 超 低 压 膜 也 呈 上 升趋 势 。 3.带 正 电 荷 的 反 渗 透 膜 ： 现 在 广 泛 应 用 的 低 压 、 超 低 压 复 合 膜 的 材 质 均 为 芳 香 族 聚 酸 胺 ， 其 膜 表面 均 带 有 负 电 荷 ， 膜 技 术 的 发 展 带 来 了 表 面 带 正 电 荷 的 低 压 复 合 膜 ， 这 种 膜目 前 主 要 应 用 于 制 备 高 电 阻 率 的 高 纯 水 系 统 中 。 4.耐 高 温 、 食 品 级 、 卫 生 级 反 渗 透 膜 ： 普 通 水 处 理 膜 技 术 采 用 反 渗 透 膜 的 使 用 温 度 均 为 0-45 ， 但
20、在 需要 耐 90 高 温 杀 菌 的 特 殊 场 合 ， 可 使 用 耐 高 温 、 耐 化 学 药 品 的 反 渗 透 膜 。 此外 ， 各 种 有 特 殊 膜 元 件 结 构 的 食 品 级 或 卫 生 级 的 反 渗 透 膜 技 术 也 开 始 在 国 内应 用 。高分子合成与制备今天的高分子材料，已经包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等许多种类，其中塑料、合成橡胶和合成纤维被称为现代三大高分子材料。它们质地轻巧、原料丰富、加工方便、性能良好、用途广泛，因而发展速度大大越过了传统的三大基本材料。高 分 子 合 成 材 料 是 分 子 量 很 大 的 人 工 合 成 材 料 ， 塑
21、 料 、合 成 橡 胶 、 合 成 纤 维 是 最 主 要 的 高 分 子 合 成 材 料 。高分子材料的制备主要包括基本有机合成、高分子合成、高分子成型加工三个过程。石油、天然气、煤炭是制造聚合物材料的最基本原料，需要经过石油开采、石油炼制，经基本有机合成得到制备聚合物的主要原料单体。基本有机合成工业不仅为聚合物合成提供单体，而且提供溶剂、塑料添加剂以及橡胶配合剂等辅助原料。将单体经过聚合反应合成聚合物是高分子合成工业的任务，而高分子材料成型加工工业是以聚合物为原料，经过适当加工方法，即成型为高分子材料制品。因此，基本有机合成工业、高分子合成工业、高分子成型加工工业是密切相联系的三个工业部门
22、。高分子合成工业是把简单的有机化合物单体，经过聚合反应使之成为聚合物。能够发生聚合反应的单体分子应含有不饱和双键，或含有二个或二个以上能够发生聚合反应的活性官能团或原子。根据单体分子化学结构和官能度的不同，合成产品的分子量和用途也不同。当前由于合成树脂和合成橡胶的需要量日益扩大，因此高分子合成工业技术的发展与研究是以高分子量合成树脂与合成豫胶的生产为主要对象。 塑料、橡胶、纤维是重要的三大合成材料。由于原料来源丰富，由化学方法合成，品种繁多，性能多样化，某些性能优于天然材料，且加工成型方便，现已成为现代科学各技术部门不可缺少的材料。高 分 子 合 成 材 料 具 有 质 量 小 、 绝 缘 性 能 好 等 特 点 ， 所以 发 展 很 快 ， 但 又 都 有 先 天 不 足 ， 即 它 们 都 在 不 同 程 度 上对 氧 、 热 和 光 有 敏 感 性 。 但 是 ， 随 着 高 技 术 的 迅 速 发 展 ，高 分 子 合 成 材 料 的 大 军 必 将 在 经 济 生 活 中 扮 演 举 足 轻 重 的角 色 。
