Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il vuoto
Wikibooks, manuali e libri di testo liberi.
Il vuoto può essere definito come un volume privo di materia; in maniera generica un volume in cui la pressione gassosa è molto inferiore alla pressione atmosferica viene chiamato sistema sotto vuoto.
La parola ha una origine latina vacuum, in realtà nessun volume dello spazio può essere completamente vuoto. Un vuoto perfetto, cioè una pressione gassosa esattamente nulla, è un concetto astratto che non è raggiungibile in pratica. Anche se fosse possibile avere una regione di spazio senza atomi, la 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, che riescono ad attraversare spessori enormi di materia senza nessun assorbimento.
La pressione residua del gas è la misura quantitativa della qualità del vuoto. Nel Sistema Internazionale la pressione si misura Pascal, abbreviato con Pa. Per avere un'idea la pressione atmosferica è circa 
.
Molti processi tecnologici necessariamente si svologono 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 10 − 9 Pa in sistemi come parti di macchine acceleratrici di particelle.
Viene fatta una classificazione del vuoto in base ai vari intervalli di pressione (tra parentesi alcuni usi):
- Basso vuoto (Rough vacuum, RV) 105-102 Pa
(Manipolazione meccanica, vuoto primario, freni sotto vuoto, degassamento di fluidi e per impregnare componenti elettrici)
- Vuoto medio (Medium vacuum, MV) 103-10 − 1 Pa
(Essiccazione, congelamento a secco di cibo, distillazione nell'industria chimica)
- Alto vuoto (High vacuum, HV) 10 − 1-10 − 5 Pa
(Crescita di film, dispositivi elettronici, tubi catodici , raggi X, scarica nei gas, microscopia elettronica)
- Ultra-alto vuoto (Ultra high vacuum, UHV) 10 − 5-10 − 9 Pa
(MBE, fisica delle superfici, microscopia a effetto di campo, spettroscopia con fotoelettroni)
- Vuoto estremo (Extremely high vacuum, EHV) <10 − 9 Pa
(acceleratori di antiparticelle, MBE per materiali a bassa dimensionalità)
Il vuoto è utile in molti processi e dispositivi. Il suo primo uso su larga scala è stato nelle lampadine ad incandescenza per evitare l'ossidazione del filamento. Altre applicazioni importanti sono processi di saldatura e conservazione degli alimenti. Il vuoto non può condurre calore per conduzione o convezione, ma può condurre solo per irraggiamento questo è il principio su cui si basano i dewars (o anche i Thermos isolanti). Le valvole termoioniche, il primo componente attivo realizzato dall'uomo hanno bisogno del vuoto.
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 in vuoto.
