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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,研究气体分子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。气-固表面作用对系统真空度影响取决于三个参数:吸附概率、停留时间、吸附率。本文围绕这三个参数,从微观到宏观,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(equivalent two-body,简称ETB)模型。在该模型中,我们将气体分子与所有固体原子的作用势之和拟合成一个解析的三维势函数,从而将气体分子与所有固体原子的作用等效为二体作用。代表固体表面的主要原子其运动可近似为谐振布朗运动,这一近似在本文中通过分子动力学(MD)方法得以验证。以相对简单的惰性气体分子-金属单质表面作用为例,模型预测的吸附概率、分子散射角、停留时间与实验结果或MD结果一致,证明了该模型的正确性及其在分子-固体壁面碰撞问题研究中的适用性。 结合ETB模型和MD方法研究了H2O在α-Fe2O3表面的吸附、脱附参数,并进一步分析研究了H2O与不锈钢表面作用的吸附概率。应用MD方法研究了H2O在α-Fe2O3不同表面上的吸附机理,以及吸附热、吸附概率随表面吸附率的变化规律。应用ETB模型研究了H2O分子在Fe2O3表面的吸附概率,得到的结果与MD结果一致,验证了ETB模型在较复杂气-固表面作用中的适用性。采用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,在此基础上,结合H2O与不锈钢表面的作用性质,通过分析得到了常温条件下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吸附脱附作用的分子模型,应用该模型研究了H2O的吸附、脱附作用对真空系统压力的影响规律。在该吸附、脱附模型中,考虑了实际真空材料其表面的非均匀效应,即吸附于不同吸附位的分子的脱附活化能或停留时间不同,停留时间满足一定的分布函数。提出了适合该吸附脱附模型的DSMC算法。利用该模型及已得吸附概率研究了真空管道系统的抽气过程。模型DSMC计算结果与实验结果一致,在一定程度上验证了该模型的正确性,并得到了H2O与该真空管道吸附、脱附作用的其他参数即停留时间的分布函数及单层最大吸附率。在此基础上,研究了不同真空环境下该管道的放气效应对压力的影响规律。 本文相关结果对气-固表面作用的理论研究,对工程应用如表面吸附、脱附作用引起的真空压力变化规律等研究均具有重要指导意义。