眾所周知，20世紀，真空工業的發展極為顯著，引起各界的關注。真空科學與技術在科學研究中只是一門實驗技術，而在現代工業生產中卻成了一門基本技術而得到廣泛應用。
真空工業的如此發展，是否歸究于技術方面的重大發明或發現呢?根本不是。全世界真空工業發展的原因只是由于其他工業技術領域對真空的需求增加了。如日本國的真空設備廠家的銷售額中，僅電子工業就占40％左右，正說明這一領域對真空技術的需求增加了。
進入21世紀，真空工業又將如何發展，賴以發展的需求又是什么?在科學與技術不斷的發展的今天，真空技術又會起到什么新的作用?又能取得什么新成就?這許多未知的問題，令人關注，值得思考。
過去我們談真空技術的發展動向，通常去查找學術論文和專利資料，以了解真空狀態下的物理現象的應用，真空獲得和測量儀器的進展等情況。而現在我們應改變以往的做法，要抓住真空的需求關系，從這個側面來展望真空技術的發展動向。也就是，應從某些重要的真空應用領域中探討與真空技術的關系，來展望21世紀真空技術本身的發展動向。
一、需要不斷擴大真空的應用領域
在21世紀，真空的需求是增長還是減少?今后的發展趨勢又將如何?這主要取決于真空應用的領域是否增加，需求是否增長。
在20～30年前，真空書籍中就指出：真空技術的應用，一是靠壓力差，二是通過空間的電子或分子排除干擾，三是降低粒子撞擊表面的次數。用于各自的需求不同，所需的真空度當然也就不同了。所謂排除空間障礙物，即粒子的平均自由程要比裝置的特征尺寸長。真空蒸發、電子管和加速器就是利用了真空的這一特點。除大功率的電子管外，其他大部分做成固體元件，這樣就不再需要真空了。暖水瓶是真空技術在人們日常生活中的重要應用，如果以后能生產出優良的絕熱材料，且很便宜，那么真空在暖水瓶的生產過程中將會失去作用。從降低表面粒子入射頻率的必要性看，超高真空技術定會得到發展，它可使表面長時間地維持其清潔。目前，真空技術的應用的特點是：利用真空環境來研制一些新材料和新工藝。使真空應用領域得到進一步擴大，例如超微粉和納米顆粒的制作以及固體元件的工藝開發。另一個應用領域是為了減少化學反應過程和核聚變反應中的不純物，有時也要利用真空。真空室的器壁本身與反應過程有著極其密切地關系。
人們對真空的需求將會擴大。如日本三井物產公司把鉛摻入鋁中，然后用高溫使鋁蒸發，利用這種方法煉鋁就會擴大對真空泵的需求。因此，對于真空設備廠來說將會有一個很大的真空泵的銷售市場。過去煉鋁采用電解法，現正在研究熔爐還原法。在熔爐內還原時，由于耐火材料與鋁的混合，使分離非常困難。如果把熔爐中出現的含有鋁的不純物溶解于鉛溶液中就可以對含鋁的鉛和不純物進行分離。利用真空可以分離由此形成的鋁鉛混合物。由此可見，新工藝的出現，就會直接影響到真空行業，對真空的需求也會隨之急劇增加。前幾年我國真空煉鎂工藝的出現，曾一度使真空設備廠產的滑閥泵和羅茨泵供不應求。造成畸形發展。但這也說明一個問題，即新工藝、新材料等出現，勢必要帶動真空產業等發展。
在2l世紀，表面處理在內的表面技術成為相當大的一個真空應用領域。因為人們對材料可靠性的要求，尤其對表面技術的應用定會有所增長。現在人們都喜歡用防銹、防氧化的材料。鋁合金雖己生產出來了，但就原有工藝稍加改進，就會在性能上大有改觀，如用氧化膜將材料與大氣隔開，就能滿足用戶上述的要求。這種情況，只要提示一下與真空廠家合作就能開拓一個相當可觀的市場。又如過去作超純鋁箔的方法很費事，又要把真空設備應用到這個項目的生產過程中去，就一定會產生更好地超純鋁箔來。如果真空廠家能積極地參與到這一應用領域中去，人們對真空的需求自然會大大加強。
今后電子技術領域對真空的需求也會繼續有所增長。由于真空是個很純凈的空間，而電子元件的生產工藝也需要純凈，因此真空是制作電子元件的理想環境。如分子束外延，半導體產品多是在真空狀態中進行的。
搞分子束外延似乎都在以超大規模集成電路為目標。要想達到這一目標就要求有非常微細的結構。在這種情況下，最大的障礙就是灰塵。如果一系列的操作都能在真空中進行，從底片進入真空室到最終處理完成也在真空中進行是最理想的。如何去掉灰塵，首先是避免人與元件的直接接觸。但真空設備不一定都是干凈的。一般認為放氣、排氣或者切換開關時就會揚起灰塵，所以還是存在一定的問題。有時也需要給裝置搞一個清潔的表面，清潔的表面是極其容易受污染對，當必須使表面維持清潔狀態的時候，有一個受到控制的氣體環境往往比處于超高真空狀態更為理想。為了充入某種氣體以保證清潔度，就要在充分處理本底之后，再充入干凈的氣體。例如在濺射成膜時的真空度并不高。然而充入氣體之前的本底壓力則對膜的質量有很大的影響，所以濺射裝置必須給創造一個良好的本底真空度。
有時由于充入其它氣體，而使得真空度略有下降，但就在這種真空度稍有改變的情況下，也可以進行同樣的操作。真空技術不僅僅建立狹義上的真空，而且制作高純氣體，再受控制的環境下維持所需表面，這也是真空技術的應用。如果這樣考慮，真空技術的應用也就更廣泛了。
真空設備似乎可以作為工具使用。人們隨著對高級產品的需求，也迫切需要真空技術更加簡便，并可應用于高新技術領域。因此，在21世紀真空技術將會繼續得到發展。
二、真空技術在能源方面的應用
最近，人們對能源危機的關注已逐漸淡薄，但如何根本問題并沒有得到解決。能源問題是一個長期地、不容樂觀地重要問題。從長遠的觀點看，要研究用新能源代替舊能源。如太陽能利用技術，在不久的將來，有可能達到實用化。日本曾提出到1990年，總能源的需要量的2％將由新能源代替。將核聚變裝置列為2l 世紀達到實用化的目標。現在各國都在進行太陽熱利用技術。典型的太陽熱利用技術即對太陽熱發電系統的研究。
日本于1981年在香川縣建成了第一座1MW的太陽熱實驗發電廠。采用塔式聚光和曲面聚光兩種方式。這兩種方式的額定輸出均為1000kW。在美國、法國、俄羅斯、德國、西班牙及意大利等國都將太陽熱發電廠的研究開發列入了國家計劃。這些工廠的容量為500kW～10MW，并已建成應用。
太陽熱發電系統是由聚熱裝置、熱傳輸管、蓄熱裝置、發電機和計量控制裝置所組成。
太陽熱發電的聚熱溫度范圍很寬，約為150～550℃。要想獲得150℃以上的熱能，就必須有聚光裝置。聚光的方式有很多種，但多數都采用反射鏡。鏡面材料多使用銀和鋁等。表面鏡由于膜面暴露在大氣之中，受氧化和摩擦等因素的影響，會使反射率較低。黑面鏡的缺陷是在于基板和膜面的界面上，發生污染。
近來，由于高分子材料制作的軟鏡具有重復性好、透過率高、能大量生產、成本低等特點，而倍受重視。
選擇吸收面對有效利用太陽能極為重要。在選擇吸收面的制作上，采用了真空技術。高溫聚熱裝置中采用了聚熱管。為防止由聚熱管造成的對流損失，用透明玻璃管覆蓋在聚熱管外面，玻璃管內保持真空狀態。
下面將按原理把選擇吸收面的光吸收選擇性，分類說明如下：
1、利用半導體膜的譜帶之間的遷移而產生基礎吸收。
在紅外線領域具有高反射率的金屬表面上，涂上一層吸收波長為1～3μ的半導體膜，就制成了選擇吸收面。用Si、Cu、PbS、Ge、CuO、 Cr2O3等材料作為半導體膜。這種結構的膜，它可吸收陽光轉變為熱能；對紅外線則呈透明體。由于金屬表面的作用使得輻射率變小，可以更有效地利用太陽能。由于Si、Ge對太陽光的折射率高，涂上SiO2等材料的減反射膜，對太陽光的吸收率變好。
2、利用薄模干涉形成減反射效應。
在基板上制成具有高反射率的金屬膜，在膜上疊加干涉濾光鏡。干涉濾光鏡由電介質膜+半透明金屬膜+電介質膜所組成。像這樣結構的膜，可見光在電介質膜中被吸收，而紅外線透過干涉濾光鏡被金屬膜面反射而使輻射率變小。采用這種方式的選擇吸收面的例子如：Al2O3/MO／Al2O3／MO基板，及利用光干涉效應的單層膜一耐溫性極好的金屬碳化物，金屬氮化物，如ZrCx、HfCx等。作成槽型拋物面鏡收集器（帶有ZrCx／Zr選擇吸收面）。
3、利用表面和膜結構形成的反射特性與波長的相互關系。
在加工成深溝和棱角的表面上，垂直入射的太陽光，在溝與棱角的間隙中，經多次反射而被吸收。這種面會因高溫加熱而引起性能劣化，其原因可能由于蒸發、熱分解、熱膨脹造成的剝離和表面成份變化，紫外線照射引起的化學反應或機械損傷等因素造成的。太陽光利用技術，也就是利用太陽光來發電，它是通過太陽電池吸收陽光，先變為直流電再轉換為交流電加以利用的。太陽電池就是將陽光直接轉變為電能的元件。這種太陽光利用技術，過去僅被用在宇宙衛星、臺燈電源和邊遠地區的通訊電源。現在的價格仍較高（日本資料報道于1984年時其價格為3000日元／瓦），所以應用范圍有限。
如能在太陽能電池的主體材料上加以研究和改進，降低太陽能電池的成本，改進制作太陽電池生產的工藝，這種技術是會得到進一步發展的。如日本曾在對 3Kw的個人住宅，20Kw集體住宅，200Kw學校用裝置，lOOKw工廠用裝置以及1000Kw集中的大容量裝置等進行了研究。這些裝置的大部分電力，最終將聯接到電力系統上去，同現有發電廠組合運行，向形成綜合電力調配系統方向發展。
非晶硅太陽電池的制造，如輝光放電分解法，反應濺射法，真空蒸發法等，多采用真空技術。
輝光放電分解法：將被稀釋的氫和氬等加入到硅烷等低壓氣體中引起輝光放電，在等離子區分解硅烷，可使非晶硅堆積在低溫基板上。
另一種是反應濺射法：把結晶硅作為陰極，在10-3～10-1托非活性氣體中，加上高壓使其放電。因放電產生正離子轟擊陰極，陰極材料就被濺射出來。如果在陰極附近安置一塊低溫基板，基板上將堆積起非晶硅膜。
太陽電池不僅要求高效、廉價和大面積等特點，而且要求暴露在自然條件下具有良好的穩定性。
非晶硅的優點很多，能在玻璃、不銹鋼、塑料等基板上作成大面積廉價的薄膜；比結晶硅光吸收系數大，能帶寬度比結晶硅寬。
核聚變是人類未來的可靠能源，它的實現是全世界人們的愿望。目前，世界上最先進的磁場封閉式托卡馬克型核聚變裝置，很多國家都在開發研制。美國正在研制TFTR型，歐洲共同體制作JET型，俄羅斯研制T-15型，日本研制JT-60型的托卡馬克型核聚變裝置。
大型聚變裝置的建造和運行，大大推動了高新技術的開發，特別是真空技術、低溫技術、磁體技術、大功率脈沖電源技術和射頻加熱技術以及遙控處理技術等。
核聚變裝置的真空室用來長時間包容高溫等離子體。例如歐洲聯合環JET真空室是一個全焊接的雙層壁結構的環型容器。總容積為200m3，焊縫總長達 8000m。這種真空室漏氣率很低，在室溫和500℃時要滿足3000余年滲入真空室l升氣體的極微小的漏率。可控聚變裝置用的高真空泵采用渦輪分子泵和低溫泵，前者用于檢漏，后者則用于抽排聚變反應廢氣的主泵。工作于4.5K的具有活性炭吸附劑的低溫泵，所吸留的廢氣中，除了氘氚核反應產物氦灰外，還有大量未能參與核反應的氘和氚。把回收后的氘和氚再注入到大環真空室中，把除氚外的雜質氣體按環保要求排放出去。
這種裝置的研究，可通過國際合作攻關，人類有望在2l世紀中期建成氘一氚核聚變示范電站，最終目標是提供市場銷售用電的核聚變發電站，為2l世紀的新能源和經濟發展做出應有的貢獻。
等離子體科學技術和真空科學技術將會得到協同發展，并將為探索宇宙結構和物質起源等重大基礎科學研究中起著重要的作用。
三、對真空技術未來發展的期望
對未來真空技術的期望，首先希望廠家能研制出方便耐用的設備，朝著用戶與廠家相互滿足的方向努力。操作要方便，要縮短運轉時間或生產周期。因為花費在抽真空上的時間非常長，所以要加以解決。
真空裝置和儀表要高級化，提高設備的壽命和精度。希望在太空中建立真空應用的工廠。空間站和飛船也會釋放出自身的氣體，真空并不理想，在空間飛船后100米以外的地方才能獲得理想的超高真空。要利用微重力條件下宇宙真空環境，為人類服務。
鋁合金真空裝置可能代替不銹鋼。實現真空裝置鋁合金化，硬度問題利用離子鍍就可以達到實用化。
真空技術到21世紀將會做為一種重要的技術被繼續存在和發展下去。
今后的發展方向，一是向微小化領域（納米科技和固體元件的研制），另一個是向巨大化的領域（如核聚變的研究），其中在巨大化裝置和使用多種氣體的真空裝置方面，希望能研制出能夠用于從粘滯流領域到超高真空的寬域型真空泵。希望能研制出不經烘烤的超高真空裝置或者烘烤100℃就可以了。總之要以方便用戶的操作為出發點，得到全世界用戶對歡迎。
我們希望21世紀中真空科學與技術取得更新的成就。真空行業得到更大的發展。
