今年618买什么？来看看物理人的必入好物清单

又快到了一年一度的618购物节，各位小伙伴们是不是已经开始“买买买”，疯狂囤货了呢？

小编打开小某书app，发现上面还有不少支招贴和求助帖在讨论618的“必入好物清单”，那么今年618到底应该入手些什么呢？

作为物理人，小编就在这里整理了一份物理科研人的必入好物清单，带大家看看我们平时用的打工利器，如果有心动的好物，可以种草哦!（bushi）

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开始实验的第一步——戴手套

小编开始实验的第一步往往——戴手套，虽然这是一个看似不起眼的环节，但是手套的选择可是大有学问，曾经就听说在某国实验室，实验人员因为没有正确选择手套而受到了伤害。下面小编就给大家介绍几种实验室常用手套。

乳胶手套是采用天然乳胶制成，经过特殊表面处理，穿戴舒适。不仅具有耐磨、耐穿、柔软、高弹性等优点，能针对碱类、醇类，以及多种化学稀释水溶液提供有效地防护，并能较好地防止醛和酮的腐蚀。

乳胶手套

PE手套又称一次性塑料手套，是由聚乙烯制成的，具有防水，防油污，防细菌，耐酸耐碱等功能。（还可以用来吃小龙虾，吸溜爱呲~）

丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，具有较好的耐油性、耐磨性和耐热性。它对人体皮肤无毒、无害且无过敏反应。丁腈手套具有耐穿刺、耐油和耐溶剂的特点，可无尘环境中使用。

丁腈橡胶

PVC手套是采用聚氯乙烯，通过特殊工艺制作而成，它耐弱酸弱碱，具有防静电性能，可在无尘环境中使用。PVC手套适合半导体、液晶和硬盘制作的领域。

PVC手套

以上这些都是实验室中一些常用的手套类型，当然还有棉纱手套，适合拧螺丝的时候使用。

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打螺丝的神器——扭矩扳手

要说科研人在实验室最常用的工具之一，估计扳手必定榜上有名，小编在实验室有相当一部分的时间不是在修仪器，就是在修仪器的路上…

扳手是大家生活中常用的一类工具，但是“扭矩”扳手可能就相对少见了，要弄清楚它的用途，以及它和普通活动扳手之间的区别，还得先从扳手的工作原理讲起！

普通活动扳手和扭矩扳手

扳手核心的工作原理是杠杆原理，它是指要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等，也就是动力 ╳ 动力臂= 阻力 ╳ 阻力臂。扳手作为省力杠杆，它的阻力臂正是螺丝的半径，而动力臂则是施加力的位置到螺丝中心的距离，这样动力臂远大于阻力臂。当我们施加一个较小的力在扳手上，就能够轻松拧动螺丝，并且使用长扳手比短扳手更容易拧紧或拧松螺丝。

扳手的杠杆原理示意图

由此，我们就得到了一个关键的物理量——力矩，力矩本质上是一个表示力如何使物体绕某个点或者轴旋转的物理量，力矩越大，旋转效果越明显。而扭矩就力矩的特例之一，它专指物体绕轴的纯扭转。

扳手的扭矩示意图

扭矩扳手和活动扳手最大的不同在于，活动扳手依靠手感，无法定量。而扭矩扳手内置弹簧预压机构，当扭矩达到我们预先设定的值后，会触发“咔嗒”声并打滑，此时，我们就可以定量拧紧螺丝了。这里，小伙伴们可能会好奇：螺丝拧紧不就好了，为什么还需要定量呢？

在实验仪器中，下图中的这种大法兰是非常常见的，它用于保证整个仪器的密封性，而使用扭矩扳手拧紧螺丝，可以保证施加在每个螺丝上的扭矩相同。如果螺丝上扭矩不同，不仅会导致密封失效，还有可能导致法兰面翘曲变形，这种塑性变形不可逆，必须更换整个法兰。

所以说，拧螺丝也是个技术活…˃̣̣̥ᯅ˂̣̣̥

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抽超高真空的设备——真空泵

说到拧好螺丝才能保证仪器的密封性，还有另一个利器可以提高仪器的真空度和密封性，那就是——真空泵。

当然在聊真空泵之前，我们还得先了解真空度。空气是由大量的气体分子构成的，含量最高的是氮气、氧气，还有少量的二氧化碳、氢气、水蒸气和稀有气体。当一个密闭容器中所含的气体分子越少，它的真空度就越高。那么，我们抽真空就是为了减少腔体中气体分子的数目。

而实验室常用真空泵包括机械泵、扩散泵、分子泵、离子泵、低温泵、吸附泵，这些真空泵按工作原理大致可以分为两类。一类是将吸入的气体不断地定向输运，排出体外的泵，例如机械泵、分子泵；一类是将气体分子吸附或者冷凝在内壁上的泵，例如低温泵、吸附泵。

一般我们先用机械泵抽到粗真空，再打开分子泵抽到高真空，最后用离子泵抽到实验所需的真空状态。这是因为每种泵的构造不同，每种泵都有自己的工作压强范围，否则就会损坏。

分子泵

机械泵由于它本身结构特点，导致它在低真空状态使用。而分子泵通过高速旋转的分子泵动叶轮与气体分子相互碰撞传递动量，当进气口的气体分子浓度较高时，高密度的气体分子与动叶轮相互碰撞，会导致叶轮损坏。因此，保证分子泵正常运行要求环境气压低于一定的压力，被称为启动气压。不同泵的工作压强区间如下图所示。

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样品的“美容”工具——砂纸

砂纸可以说是我们平时生活生产中常用的工具之一，而它在实验室中也发挥着巨大作用，我们有时需要材料表面光滑、平整，这时我们用一张张薄薄的砂纸对样品加工，就可以对其表面进行“美容”。

当然在了解砂纸之前，我们需要明白一个概念——表面粗糙度Ra，它被用来形容加工表面的光滑程度。简单来说，Ra就是表面所有凸起和凹陷的平均值，Ra值越小，表面也就越光滑。当Ra在0.05μm以下时，就可以说表面是镜面了。

我们可以把砂纸想象成一块粘满了无数颗微型坚硬牙齿的布或纸。这些“牙齿”就是磨料。当我们用力将砂纸压在材料表面并移动时，这些微小的硬质磨粒就会像无数把小刻刀一样，通过刮削、犁耕、微破碎等方式，将材料表面一层层地去除掉。

SiC砂纸的表面和侧面SEM

不同类型的砂纸适用于不同性质材料的表面，而磨料就是其中最重要的因素之一。SiC砂纸是比较常用的，它适合于大部分的材料，比如玻璃、陶瓷、石材、复合材料、硬塑料等。而金刚石砂纸是更精细的一类砂纸，它是由树脂包裹金刚石晶体制成出的表面极为平整的研磨盘。它更适合硬质合金、陶瓷等材料，并且研磨后的试样表面非常平整，磨削效果更一致。

金刚石砂纸

在实验中，我们一般使用不同目数的砂纸并搭配抛光液对材料表面进行抛光，当砂纸在试样表面划过时，凸起的磨料会划过样品表面，如同微小的犁切削并微破碎样品，达到去除材料、整平表面的作用。

砂纸打磨的关键在于渐进式，从粗砂纸开始打磨，整平表面，再用细砂纸去除上一道砂纸留下的划痕，并用更细密、更浅的划痕网络去覆盖和替代原有的粗划痕。

而砂纸的粗细取决于其目数的大小。目数指的是每平方英寸筛网上能通过的颗粒数，也就是说目数越大，磨料尺寸越小，那么砂纸也就越细。最终得到一个划痕极其细微、接近平整的表面，再加上抛光液不断抛光就可以得到一个镜像光滑的表面。

非晶合金水滴 Ra = 1.1nm

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“承载”样品的万精油——硅片

薄膜生长是实验室中一种重要的制备方法和研究途径。而薄膜样品的厚度在几个微米甚至几十纳米，那么要用什么材料作为“承载”薄膜的衬底呢？

硅片就是一个万精油！

我们先来看一下薄膜是如何在衬底上生长的，薄膜生长主要有三种生长方式：逐层生长模式、岛状生长和混合模式生长。

薄膜的生长方式

层状生长：薄膜的生长是逐层进行的，每一层原子或分子将晶圆表面完全铺满后，才开始生长下一层。这种生长方式可以形成非常平坦的薄膜表面，如超晶格结构等。

3D岛状生长：在这种模式下，薄膜的生长不再是逐层进行，而是在晶圆表面的一些局部区域先形成不连续的岛，这些岛逐渐增大并最终覆盖整个晶圆。生成的薄膜与衬底之间的相互作用力较弱，且薄膜的表面自由能较大。

混合模式生长：这种生长模式下，最初薄膜会逐层生长一段时间，当达到一定厚度后，由于应力的累积，开始形成岛状结构。

而硅片具有超高平整度与光洁度，它的Ra<0.5nm，为薄膜生长提供原子级平整的起点，减少缺陷，保证薄膜均匀性。并且硅片还具有优异的热稳定性和化学惰性，在高温下形变小且不易与多数薄膜材料反应。

立方结构的不同晶面取向

而且现有的工艺可以制备晶向不同的硅片，晶向就是晶体内部原子沿某种方向排列的“路径”。不同晶向的硅片上生长的薄膜，它们的物理和化学性质也明显不同，比如缺陷密度、表面光滑度和蚀刻速率。不同的晶面取向还可能造成一些奇异的物理现象。

那么，今天物理科研人的购物清单就分享到这里，这是不是你看到的最最最最最最惊艳的618购物清单呢？

参考文献：

[1] 全川生,梅坚.抛光工艺参数研究[J].制造技术与机床,2004,(06):64-65.

[2] 赵宝升，《真空技术》，科学出版社

[3] 我好像整了个水滴，大家注意闪避！https://b23.tv/tPwkHi9

[4] 黄昆，《固体物理》，高等教育出版社

编辑：悦悦