中国真空学会

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科普专题

看不见的基石:真空技术如何托起前沿科学的突破(下)

发布时间:2025年12月18日 来源:EDWARDS真空解决方案

 

在科学探索的征途中,有些力量虽不常被看见,却始终是支撑突破的基石。从守护微观世界的敏感材料,到复现浩瀚宇宙的极端环境,真空技术持续为人类的前沿研究开辟道路。今天,小E带您继续探索真空技术在科研舞台上的关键角色

 

 

 

 

Part 1   手套箱:为敏感材料打造“安全屋 

 

 

在手套箱中使用真空泵来创造和维持受控空气,以处理对空气敏感的材料,并保证实验者的安全。这些封闭的工作区可防止污染,这对于处理半导体、纳米材料和生物样品等产品至关重要。在科学研发中,真空手套箱有助于合成新型化合物、组装精密设备,以及探索需要严格控制真空条件的尖端工艺。

 

展望未来,真空手套箱的潜在应用非常广泛,从推进量子计算组件到增强清洁能源技术,这些都凸显了它们在推动不同研究领域创新方面的关键作用

 

 

 

 

Part 2  实验涂层:在真空中“造未来

 

 

想要在材料表面制备均匀、高性能的功能薄膜?真空涂层技术是关键。通过将基材置于真空室中,并用真空泵彻底排除气体,涂层材料得以在洁净低压环境下均匀沉积,形成如太阳能电池板增透膜、电子设备防护层等精密涂层。整个过程对环境控制要求极高,真空泵是确保每一层膜质量一致的核心

 

 

 

 

Part 3  为量子计算撑起“真空保护伞”

 

 

在量子计算的世界里,核心是量子比特(qubit)——一种能同时处于多种状态的奇妙存在。但它们的状态也极其脆弱,如同最高级的灵感,一丝环境的干扰(哪怕是细微的热或振动)就足以将其摧毁。

 

为此,科学家们为量子计算机打造了一个“双重堡垒”

极致低温  将运行温度降至接近绝对零度(-273.15°C),最大限度地冻结热噪声。

极致真空  创造极高真空(XHV) 环境,清除所有可能碰撞量子比特的气体分子。

 

无论是离子阱还是超导技术路线,都离不开这把由极低温和极高真空构成的“保护伞”。不仅如此,在制造量子传感器和量子通信硬件等关键设备时,真空技术同样是确保精度和可靠性的幕后英雄。

可以说,没有顶尖的真空技术,就谈不上稳定可靠的量子未来。

 

 

 

 

 

Part 4  空间研究为太空探索铺路

 

 

自20世纪60年代起,大规模太空探索始终面临两大挑战一是成本极其高昂,二是必须模拟人类已知的最严苛环境

 

一旦进入轨道,航天器往往无法进行维修或部件更换。因此,从整颗卫星、航天器到每一个微小组件,都必须在地面完成严格而全面的测试。

 

 

 

 

真空技术在此过程中扮演着关键角色——它能够在地面上精准复现类太空环境,支持包括抗辐射性、高低温耐受度和材料兼容性在内的一系列重要测试:

 

· 利用主泵与超高真空(UHV)泵,模拟地球大气层以外直至星际空间的极高真空环境,压力可低至<10⁻¹⁰ mbar

 

· 通过低温真空与冷却系统,复现太空设备所需承受的-80°C乃至更低的极端低温

 

· 在真空腔体内运用加热技术,模拟高达+180°C的强烈太阳热负荷,检验设备在发射/再入过程中的耐受能力;

 

· 此外,真空技术还广泛用于离子推进器测试、抗振性能评估与空间尘埃模拟等多元场景

 

· 同时,真空泵也为航天技术的制造过程提供了必需的洁净无尘环境

 

 

除了提供真空泵与低温解决方案之外,EDWARDS也致力于确保航天领域用户能够获得完整的配套支持——包括检漏仪、真空计、组件及备件在内的全线产品。我们深知,唯有真空系统100%可靠运行,关键测试才能得以完成,太空任务才能真正无虞。