Počet atomů a molekul v monomolekularm vrstvě ů je stupeň pokrytí Ni Ů = -^^N1 = ŮNlp v\ = jnva Vlef = 1V\ = l-.nVa 7 je koeficient ulpění □ g - = ^ ORO . / 23 l8kT _ 8kNa T_ TT 171 V 7T V Mo 1 P jSkNa I T j Na P7 Vlef = 7" 4 fcT V vr V M0 V 2kiT y/TM{ , Na P7 2kir VŤMÔ počet molekul, které ulpí na jednotce povrchu za ls □ g> - 2/23 Adsorpční proud a rychlost i = kTvx adsorpční proud na plochu A: adsorpční rychlost : Q iad [ňJ rr 3/23 Doba pobytu molekuly na povrchu , . (wdes\ tp = tp0exp\ -j^rj Wdes - vazbová energie (desorpční energie) Jmol-1 R = 83UJmol~lK-1 Ts - teplota povrchu tpo - nejmenší možná doba pobytu molekuly na povrchu, závisí na druhu molekul a vlastnostech povrchu i na teplotě povrchu, může mít hodnoty z intervalu 10~13 — 10_4s inertní plyny na grafitu ~8x 10_13s inertní plyny na skle ~ 0.2 x 10_13s □ B> 4/23 UOl (kjmol-1) 1000 let ~\ 1 století 1 misie Závislost doby pobytu na teplotě povrchu □ S> 1 moq,o Souvislost doby pobytu molekul na povrchu s tlakem Dva mezní případy: • Ts = O K, P =0 Pa, žádné volné molekuly, doba pobytu nekonečně velká • Ts velmi vysoká, P = nkT, žádné vázané molekuly íp^0s V reálném systému po určité době nastane rovnováha mezi plynem adsorbovaným na povrchu a plynem volným v objemu reaktoru. Doba úplného pokrytí povrchu monomolekulární vrstvou Nlp Tp = -------- vlef pro orientační výpočty N\p = 0.5 x 1015 cm~2 Pro M0 = 30, T = 300 K, 7 = 0.5, P = ÍO"10 Pa je doba pokrytí Tp = 1.14 x 108 s - 3.6 let □ S1 Povrch vakuově čistý Obvykle se považuje povrch za čistý, pokud je stupeň pokrytí menší než 0.1 Pro fyzikální a technologické procesy a experimenty potřebujeme vyrobit a udržet po dostatečně dlouhou dobu čistý povrch. Vytvoření čistého povrchu: • zahřátí na vysokou teplotu • rozštípnutí monokrystalu • napaření vrstvy materiálu • bombardování povrchu ionty, nebo elektrony F6450 8/23 Desorpce plynu Intenzita tepelných kmitů částic pevné látky roste s teplotou. Molekuly plynu vázané na povrchu se proto mohou uvolňovat. Pro desorpci inertních plynů stačí nižší teplota. Desorpci chemicky aktivních plynů (vázaných chemisorpcí) je obtížná i při vysokých teplotách. Pro vysoko-vakuovou techniku: • odplyňování - vysoká teplota • udržení nízkého tlaku - nízká teplota □ B> 9/23 Počet desorbovanych molekul plynu dN N N ( Hdes\ (ÍT Tp TpO \ RTS J F6450 10 / 23 Rovnováha mezi adsorpcí a desorpci V\ads — V\de Na P7 iVi ( Hdes = —exp ' 2k7ľ VŤMÔ Tpo V RTt Nl = \l^Tp0VŤWoexp{~R^ F6450 11 / 23 Vypařovací teplo energie potřebná k přeměně jednotky hmotnosti látky při teplotě T na nasycenou páru stejné teploty. Je-li v systému o objemu V (bez přítomnosti plynu) 1 g látky při teplotě T, vzroste tlak o dP při vzrůstu teploty o dT dP dT r^dP = — => P = = T— P T dT dP PV = VT— = Wvyp □ S1 F6450 12 / 23 Tlak nasycených par stavová rovnice pro plyn V = RT p ■2 vyp = R~P dT^ P - RT2 Wmm = RZdZ^d-l = ^dT InP =-----Vr-m + konst R 1 InP = A- — P = Poexp ' RT Po je tlak nasycené páry pro T —>■ oo F6450 13 / 23 200 300 500 700 1 000 2000 3000 F6450 14 p (Pa) 104 V2 10° io-2 v~6 10-6 v -to f ^3 J^TYT fli^ ľitra^ SR9I ~v\ ! I/N / rnl/4 // 1 l/l / 2 Ml / TW] 7IÍ7 tz -X-Á í 1 1 / a ■y] Hni j n/___/ -41/ ^r- IM Hu * /O* /w / if- 71 W w / M / 'Mŕ/ // / / / 1 /ll 4^#/) r Ml M / / \Á\\ / 1 / f\ r\ II / fl / \ \i 1 fl 1 / ' \\f / M / ___í . 1 11, 1111 IÍĚ //I— /JJ / 2 4 6 ô 10 20 kO 60 80 HB 200 *» WO □ s F6450 15 / 23 100 -50 O 50 100 200 300 ř(°c) □ ĚP F6450 16 / 23 (Pa) 700 800 900 1000 1200 1500 2600 fOOO rs (K) ^6450 17 / 23 Tenze vodní páry a Hg: T[K] Ph2o[P&] PHg [Pa] 90 120 173 233 273 303 IQ"20 1 X 10-12 1.3 x 10"3 13.3 613 4266 10-25 4 x 10-iß 3.2 x 10"9 2.7 x 10"4 2.7 x IQ"2 4 x 10-1 F6450 18 / 23 Význam sorpce a desorpce pro vakuovou techniku Chceme-li, aby počet molekul na povrchu stěn vakuového systému zůstal co nejmenší, je nutné při dostatečně malém tlaku zajistit co možná největší teplotu desorbujícího povrchu a to tím vyšší čím vyšší je vazbová energie adsorbovaného plynu. Chceme-li udržet vysoké vakuum v již odplyněne aparatuře, je nutné udržovat teplotu povrchu stěn na co nejnižší možné hodnotě. F6450 19 / 23 v9 500 600 700 SOO 900 12001500 2000 TS(K) □ fiP F6450 20 / 23 Plyny v pevných látkach • atomární stav (02, #2, ^2 v kovech a polovodičích) • molekulární stav (O2, H2, N2 v sklech a polymerech) • volný stav • chemicky vázaný stav I když jsou stěny bez pórů a štěrbin může nastat pronikání plynů přes stěnu. Týká se to především He, tento proces je velmi pomalý. Př. Vysílací elektronky - postupné zvyšování napětí a proudu a tím nastane pohlcení iontů do materiálu. F6450 21 / 23 Rozpouštění plynů v pevných látkách koeficient rozpustnosti Pro atomární plyny v kovech a molekulární plyny ve skle, když nenastává disociace molekul, platí Henryův zákon nr = r\P Pro dvouatomární molekulární plyny v kovech, když nastává disociace molekul, pak platí Sievertsův zákon nr = r2\/P v obecném případě 1 1 nr = rP ,u = 1, -, -, ...;r = roexp tí ar F6450 22 / 23 fcms(norm)\ Obr. 3.19. Závislost koeficientu rozpustnosti r na teplotě T (podle Waldschmidta. 1954; Dushmana a Laffertyho, 1962; Moorea a Unterwalda, 1964; Rogerse, 1954; Leibyho a Chena, 1960; Eschbacha, 1960; Barrera, 1961) T /cm>orm)yi _ w ' - H,-» M0;3 - H2-> Pd; 4 - H2-Ti;5 - H2-Cu;6 - H 2^ nerezavějící ocel; 7 - N2->Fe;* - N,-W: 9 _ N2 -»■ Mo ľ _/cm3 (norm)\l H _ Hj _ SiO,; 12 - H,-» sklo 12: □ si - ■^ "O ^ O'