Visualizza wikitesto di Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il vuoto

{{Micro e nanotecnologia}}
Il vuoto può essere definito come un volume privo di materia; in maniera generica, una regione di spazio in cui la [[w:pressione|pressione]] gassosa è inferiore alla 
[[w:Pressione_atmosferica|pressione atmosferica]], viene chiamato sistema sotto vuoto.

L'etimologia della parola deriva dal latino ''vacuum'', in pratica il vuoto perfetto non è realizzabile.  ''Vuoto perfetto'', indica  una pressione gassosa esattamente nulla, è una astrazione in quanto né esiste in natura né è realizzabile in pratica. Anche se fosse possibile avere una regione di spazio senza [[w:Atomi|atomi]], la [[w:Fisica_quantistica|meccanica quantistica]] pone degli ulteriori vincoli al concetto di vuoto; infatti anche nel vuoto perfetto esistono fotoni in equilibrio termodinamico, particelle virtuali e particelle con bassa interazione.

La pressione del gas è la misura quantitativa della ''qualità'' del vuoto. Nel [[w:SI|Sistema Internazionale]] la pressione si misura [[w:Pascal|Pascal]], abbreviato con Pa.
Per avere un'idea la pressione atmosferica è pari a 101325 Pa. Viene spesso usato anche il mbar che vale 100 Pa.
Il  Torr (mm di mercurio) che vale 133 Pa, seppure considerato una unità di misura obsoleta, è ancora molto usato.

Molti processi tecnologici necessariamente si svolgono sotto vuoto quindi a pressioni molto basse.  Il vuoto è indispensabile per molte applicazioni ed è quindi necessario produrlo sulla Terra in ambienti o recipienti adatti attraverso opportuni dispositivi. Negli ultimi decenni grandissimi progressi sono stati compiuti nella realizzazione e nella misura di vuoti sempre più spinti. Attualmente, si raggiungono pressioni anche inferiori a <math>10^{-10}</math> Pa in sistemi molto grandi quali le parti di [[w:Acceleratori_di_particelle|macchine acceleratrici di particelle]].

Viene fatta qui una classificazione del vuoto in base ai vari intervalli di pressione (tra parentesi alcuni usi):
*Basso vuoto (''Low vacuum'', LV)  <math>10^{5}</math>-<math>10^{2}\ Pa </math>
(Manipolazione meccanica, vuoto primario, freni sotto vuoto, degassamento di fluidi e per impregnare componenti elettrici)
*Vuoto medio (''Medium vacuum'', MV) <math>10^{2}</math>-<math>10^{-1}\ Pa </math>
(Essiccazione, congelamento a secco di cibo, distillazione nell'industria chimica)
*Alto vuoto (''High vacuum'', HV) <math>10^{-1}</math>-<math>10^{-6}\ Pa </math>
(Crescita di film, dispositivi elettronici, tubi catodici, raggi X, scarica nei gas, microscopia elettronica)
*Ultra-alto vuoto (''Ultra high vacuum'', UHV) <math>10^{-6}</math>-<math>10^{-10}\ Pa </math>
(MBE, fisica delle superfici, microscopia a effetto di campo, spettroscopia con fotoelettroni) 
*Vuoto estremo (''Extremely high vacuum'', EHV) <<math>10^{-10}\ Pa </math>
(acceleratori di antiparticelle, MBE per materiali a bassa dimensionalità)

Il vuoto è utile in molti processi e dispositivi. Probabilmente il suo primo uso su larga scala è stato nelle [[w:Lampada_ad_incandescenza|lampade ad incandescenza]] allo scopo di evitare l'ossidazione del filamento, utilizzando un gas inerte di solito l'[[w:Argon|Argon]] a bassa pressione. Altre applicazioni che sono apparse tecnologicamente importanti sono  i processi di [[w:Saldatura|saldatura]] e conservazione degli alimenti.
Il vuoto in condizioni estreme (HV o pressioni inferiori) non conduce praticamente  calore per [[w:Conduzione_termica|conduzione]] o [[w:Convezione|convezione]], ma può condurre solo per [[w:Irraggiamento|irraggiamento]], i [[w:Vaso_di_Dewar|dewars]] (o anche i Thermos isolanti) sfruttano questa proprietà. Inoltre, tra le importanti applicazioni che hanno caratterizzato l'elettronica fino al 1970, non si possono ignorare le [[w:Valvole_termoelettroniche|valvole]] termoioniche, il primo componente attivo elettronico. 

Nei processi tecnologici della micro e nanotecnologia il vuoto è indispensabile per impedire che avvengano in maniera incontrollata processi chimico-fisici causati dall'azione dei gas atmosferici sui materiali utilizzati. Ad esempio, la deposizione di film sotto vuoto evita l'ossidazione della maggior parte delle sostanze in contatto con l'ossigeno o l'acqua presente nell'aria. L'effetto dell'azoto è dannoso per alcune sostanze le quali, in contatto con l'azoto, diventano nitruri. Alcune molecole generano reazioni chimiche con le sostanze presenti nell'aria. Di conseguenza, per crescere film o rimuoverli è necessario eseguire alcuni processi sotto vuoto. 

La tecnologia del vuoto ha raggiunto una notevole grado di maturità negli ultimi cinquanta anni, non solo in campo scientifico in cui vi è una vasta comunità di ricercatori che studiano i fenomeni connessi con il vuoto, ma anche vi sono molte industrie specializzate nella produzione di pompe, apparati, misuratori di vuoto e componentistica per i vari intervalli di vuoto.

==Pressione==
La qualità del vuoto viene misurata dalla pressione.
La pressione si misura in Pascal (Pa), per quanto tale unità di misura sia quella decisa universalmente e stabilita dalla  legge, purtroppo non è ancora entrata nella pratica corrente. Il Pascal rappresenta la pressione limite di una pompa rotativa e la pressione tipica a cui avvengono i processi di deposizione mediante sputtering. Sono molto diffuse altre  unità quali il bar (che è un multiplo del Pa, con un valore simile alla pressione atmosferica), l’Atmosfera, il torr o 
millimetro di mercurio, gli psi (pound per square inch). Di seguito per comodità è riportata una tabella che permette le conversioni

<math>1\ Pa</math> equivale a :
* <math>10^{-2}\ mbar</math> 
* <math>9.87\ 10^{-6}\ Atm</math>   
* <math>7.5\ 10^{-3}\ Torr</math>  
* <math>7.5\ mTorr</math> 
* <math>1.46\ 10^{-4}\ psi</math>

[[Micro_e_nanotecnologia/Microtecnologia/Crescita_dei_cristalli| indietro]] | 
[[Micro_e_nanotecnologia/Microtecnologia/Il_vuoto/Le_leggi_del_vuoto| avanti]]

[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Il vuoto]]


{{Avanzamento|100%|27 febbraio 2024}}