Про нанотехнології. Середня довжина вільного пробігу молекул
Фізичні та експлуатаційні характеристики тонкоплівкових покриттів і наношарів, отримані методами вакуумного випаровування безпосередньо залежать від умов напилення, і, в першу чергу чистоти і ступеня вакууму. Сучасні системи відкачування залишкових газів дозволяють отримати розрядження на рівні 10 - 12 Па в лабораторних умовах. В умовах серійного виробництва такої вакуум недосяжний і доводитися працювати з вакуумом 10 - 4 - 10 - 6 Па. Питається, наскільки ці умови придатні для отримання якісних і технологічно відтворюваних покриттів. Можна припустити, що не останню роль в цьому відіграє довжина вільного пробігу, яка, в свою чергу пов'язана з частотою зіткнення окремої молекули газу з іншими молекулами. Крім того, молекули, випаровувані з мішені, теж будуть стикатися між собою і молекулами залишкового газу, в умовах деякого зниження ступеня вакууму. Точний розрахунок довжини вільного пробігу неможливий через численних факторів, що впливають на її величину, наприклад ступінь вакууму, попередня підготовка обсягу камери і матеріалу мішені, фізико-хімічні властивості температури мішені, температури проведення технологічного процесу та ін. В рівноважних умов поведінка молекул розрядженого газу підпорядковується молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.
Відстань між центрами двох зіштовхуються молекул називають ефективним діаметром. А площа перерізу такої молекули називають ефективним перерізом:
d=r 1 + r 2, і 2,
тонкоплівковий покриття нанослой молекула
Приймемо за довжину вільного пробігу молекули газу величину переміщення від одного зіткнення до іншого. Тоді для N-зіткнень отримаємо середню довжину вільного пробігу:
< l> =(L 1 + l 2 + l 3 + ...... + l n) / N, м
Визначимо наближено середнє число зіткнень молекули в одиницю часу. Нехай спочатку рухається одна молекула, а інші нерухомі. Після кожного зіткнення напрям вектора швидкості молекули змінюється, і тоді траєкторія руху молекули являє собою ламану лінію. Кожна ділянка цієї лінії є шлях вільного пробігу. Довжина шляху по цій траєкторії за одиницю часу дорівнює середній арифметичній швидкості < V a>. У цьому випадку, обсяг ламаного циліндра дорівнює:
ц=2 < V a>.
Якщо концентрація молекул відома, то число зіткнень буде:
N=V ц n=2 < V a> n.
Середньоарифметична швидкість визначає швидкість однієї молекули щодо інших нерухомих молекул, тобто щодо стінок посудини. У самому ж ділі, рухаються всі молекули, тому слід брати среднею відносну швидкість молекули . Відносна швидкість двох молекул дорівнює:
V отн=V 2 - V 1
Після зведення в квадрат:
| V отн | 2=| V 2 - V 1 | 2=V 1 лютого + V 2 лютого - 2 V 1 V 2 Cos
Середнє значення суми дорівнює середньому значенню доданків, тому:
< V 2> =< V 1 2> + < V 2 лютого>- < 2V 1 V 2 Cos>
...
