IMECH-IR  > 高温气体动力学国家重点实验室
气体分子在固体表面的吸附模型及其在真空系统的应用
Alternative TitleA model for gas surface interactions and its applications in vacuum system
曾丹丹
Thesis Advisor樊菁 ; 蒋建政 ; 刘崇
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline流体力学
Abstract气-固表面作用广泛存在于真空壁面放气、薄膜沉积、表面催化等领域。在高真空系统中,气-固表面作用是影响系统真空度的重要因素,研究气体与固体表面的相互作用规律对真空技术具有普遍且重要的意义。研究气-固表面作用对系统真空度影响的核心参数是:吸附概率、吸附率、停留时间。本文围绕这三个参数,从微观到宏观、从基础到应用,研究了气-固表面作用及其对真空压力的影响规律。 从气-固表面作用的基本物理过程出发,提出了气体分子与固体表面相互作用的等效二体模型(ETB模型)。在该模型中,固体原子的运动方程为谐振子的布朗运动方程,气体分子与固体表面的作用由三维褶皱势模型描述。以相对简单的惰性气体分子-金属单质表面作用为例,模型预测的分子散射角及吸附概率与分子束实验结果一致,证明了该模型可以用来研究分子-固体壁面碰撞的吸附与反射问题。 应用分子动力学(MD)方法研究了H2O在α-Fe2O3表面吸附机理,研究了吸附热、吸附概率随表面吸附率的变化规律。应用ETB模型模拟了H2O分子在Fe2O3表面的吸附概率,得到的结果与MD结果一致。应用ETB模型分析了入射分子能量、固体表面温度、气-固作用势阱、固体表面性质对吸附概率的影响,分析了常温条件下H2O在不锈钢表面的吸附概率。 提出了气体分子与复杂固体表面如不锈钢表面脱附吸附作用的分子模型。结合该模型应用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法模拟了不锈钢真空管道系统的抽气过程,得到的压力衰减曲线与实验测量曲线一致,并得到了不锈钢表面H2O吸附作用的停留时间,最大吸附率。在此基础上,研究了实际应用环境下H2O与不锈钢表面作用对管道内部压力的影响。 本文相关结果对理解气-固表面作用的物理机制,对表面脱附、吸附作用引起的真空系统压力的研究具有重要指导意义。
Call NumberPhd2017-035
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/78621
Collection高温气体动力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
曾丹丹. 气体分子在固体表面的吸附模型及其在真空系统的应用[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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