مقدمه:
درسالهای اخیر علوم و فناوری نانو[1] در مرکز توجه محققان قرار گرفته است وسنتز نانو مواد[2]یعنی موادی که حداقل در یک بعد اندازهای زیر nm100 داشته باشند به عنوان سنگ بنای این فناوری شناخته میشود از آنجا که خواص مورد انتظار در نانو مواد مطلوبتر از مواد متعارف است،جهشی جهانی به سوی پیشرفت در این شاخه نوظهور علم وفناوری ودست یابی به روشهایی سادهتر و کاربردیتر برای سنتز نانو مواد رخ داده است.
روش کندوسوز باپالس لیزر[3] که اخیرأ مورد توجه محققان قرار گرفته است در صورت انجام در محیط خلأ یا گاز رقیقموجب ایجاد لایه نازک[4] یا به عبارتی نانو لایه[5] شده و انجام آن در محیط مایع به سنتز نانوذرات می انجامد. مکانیزم اصلی سنتز نانوذرات[6] و نانو لایه ها طی این روش مکانیزم جوانه زنی ورشد است وبه همین دلیل این روش جزء روش های پایین به بالا در سنتز نانو مواد جای میگیرد.
نانو ذرات فلزی در محدودi وسیعی از کاربرد ها می توانند مورد استفاده قرار گیرند اما به علت واکنش پذیری بالا و سنتز آنها به راحتی و با روشهای رایج امکان پذیر نیست . مهمترین مزیت فرآیند کندوسوز با پالس لیزر در محیط مایع قابلیت سنتز نانوذرات فلزی با خلوص بالا با این روش است .
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی بر روی کندوسوز لیزر فلزات مختلف در محیط مایع انجام گرفته است ومتغیر های تأثیر گذار زیادی در این رابطه معرفی شده اند که از آن جمله می توان: طول موج لیزر،شار انرژی لیزر، پهنای پالس لیزر،مدت زمان فرآیند (تعداد پالس های اعمالی)،نوع مایع،جابجا کردن محل پرتو روی سطح هدف و تابش پرتو لیزر به محلول کلوئیدی حاصل در غیاب فلز هدف را نام برد.
اما سنتز نانو ذرات فلزی به روش کندوسوز با پالس لیزر در محیط مایع به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است
از آنجا که هدف از این پژوهش بررسی پارامترهای مؤثر بر تولید نانو ذرات فلزی به روش کندوسوز لیزری است (چه در محیط مایع چه در محیط خلأ) در نظر گرفتن مایع مناسب به عنوان محیط فرآیند ،گامی مهم است.
تحقیقات انجام شده قبلی بر روی کندوسوز فلزات در آب(مقطر یا دی یونیزه )نشان دهنده آن است که در صورت انجام فرایند در آب علاوه بر شکل گیری نانوذرات درشت،اکسیداسیون آنها نیز به علت واکنش با اکسیژن محلولدر آن ونیز اکسیژن حاصل از تجزیه حرارتی آب رخ داده ودر عمل به جای نانو ذرات فلزی، نانو ذرات اکسیدی آن فلز به دست می آید. بنابر این بهتر است از محلول های آلی نظیر: اتانول، استون،اتیلن گلیکول،و... استفاده گردد.
در این پایان نامه اثر متغیر های طول موج لیزر،انرژی هر پالس لیزر،نوع مایع و مدت زمان کندوسوز بر خواص نانو ذرات فلزی مورد بحث وبررسی قرار خواهد گرفت. سطح محل کندوسوز مطالعه، ودر مورد آن بحث می شود.
1-2 )کلیاتی در مورد لیزر
لیزر این نور شگفت انگیز از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد.با این حال،خواص فیزیکی لیزر،آن را از نور های ایجاد شده از سایر منابع متمایز می سازد.دانشمندان از نخستین روزهای پیدایش تکنولوزی لیزر،به خواص مشخصه آن پی برده اند؛ولی ما در ایجا به صورت گزینشی به این خواص می پردازیم ؛خواصی که بستری عظیم برای کاربرد های وسیع این پدیده ،در علوم مختلف مانند صنعت،پزشکی و... ایجاد کرده اند.به جرأت می توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نبوده ونخواهد بود.
واژه لیزر(LASER)از سر کلمه های عبارت
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiatien
گرفته شده که به معنی«تقویت نور به روش گسیل القایی تابش»است .لیزر به وسیله یا دستگاهی گفته می شود که نور را به صورت پرتو هایموازی وبسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می کنند.در این دستگاه ماده ای که جمع کننده یا فعال کننده نور است،درون محفظه تشدید نور قرار داده می شود.این ماده پرتو نور راکه به وسیله یک منبع انرژی بیرونی (از نوع الکتریسته یا نور)به وجود آمده ،تقویت می کند.از آنجا که این وسیله از اصول اولیه میزر(به جای نور لیزر نور میکرو موج استفاده شده)بود،تا مدتی به آن میزر گفته می شد،ولی نام آن به سرعت به لیزرکه عبارتی ساده تر بود،تبدیل گردید.
روش کار لیزر این گونه است که با تابش یک فوتون به ذره(اتم یا مولکول یا یون)بر انگیخته یک فوتون دیگر نیز آزاد می شود که این دو فوتون ،با هم هم فرکانس هستند،در صورت ادامه این روند وبا افزایش تعداد فوتون ها،باریکه ای از فوتون ها پدید می آید.لیزر ها انواع مختلف وزیادی دارند که بر اساس پارامتر هایی از قبیل نوع محیط فعال(محیطی که عمل لیزر زایی یا به عبارتی تقویت در آنجا انجام می گیرد و می تواند جامد،مایع ویا گاز باشد.)،نوع ساختار و شرایط فیزیکی حاکم برآنها دسته بندی می شوند.
لیزر ها هم می توانند هم به صورت پالسی و هم به صورت پیوسته کار کنند،که این بستگی به هدف وکاربردمان دارد. [1].
1- 3 )تاریخچه و سیر تحول لیزر
مبانی نظری لیزر اولین بار در سال 1916 میلادی توسط آلبرت انیشتین طی مقاله ای مطرح گردید.با این حال سالها طول کشید تا صنعت وفناوری ساخت نخستین لیزر فراهم شود.طرح اولیه میزر(لیزر)توسط انشتین داده شده بود ولی این چالز تاونز بود که در سال1953 میزر(تقویت کننده موج میکرو ویو)را اختراع کرد.
به علاوه تاونز سعی کرد در آزمایش های خود،نور مرئی را جایگزین نور فرو سرخ نماید.
بعد ها در سالهای پایانی دهه 50،نشر مقالات علمی در زمینه میزر گسترش یافت،تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سراسر جهان افزایش پیدا کرد وبین آزمایشگاههای گوناگون رقابتی جدی در گرفت.
در سال 1960 ،گوردون هولد،دانشجوی دکترای دانشگاه کلمبیا،واژه لیزر را پیشنهاد کرد.در همین سال نخستین لیزر (که با موفقیت کار کرد)توسط تئودور میمن و نخستین لیزر گازی( با استفاده از هلیوم ونئون) توسط علی جوان،فیزیکدان ایرانی، ساخته شد.کارشناسان بخش ارتباطات نیز توانایی لیزر را در جایگزینی ارسال یا مخابره الکتریکی تأئید نمودند. گرچه در ابتدا برای مخابره پالس ها مشکلات زیادیوجود داشت ولی سر انجام در سال 1960 موفق به مخابره پالس نور شدند وسپس از لیزر استفاده کردند؛البته این کار بدون مشکل هم نبود.متأسفانه به شدت تحت تأثیر شزایط جوی مثل بارندگی،مه،ابر های کم ارتفاع و غیره قرار می گرفت.با پیشرفت روز افزون مکانیک کوانتومی وجنبه های ذره ای نور وتولید آینه های با توان بالا،دانشمندان،لیزر هایی را با توان خروجی بهتر(لیزر های توان بالا)و همدوسی بالاتر ساختند.
بعد از اختراع لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 ،کاربرد لیزر در زمینه های پزشکی توسعه بسیار یافت و این امکان را برای جراحان فراهم نمود تا به جای استفاده از چاقو های جراحی از فوتون استفاده نمایند.به طوری که امروز بسیاری از اعمال جراحی توسط لیزر صورت میگیرد.خلاصه اینکه،کاربرد لیزر در زندگی امروز بشر در تمامی زمینه ها،صنعتی،پزشکی،ساختمانی،نظامی و... فراوان و به راحتی قابل مشاهده است.
1- 4 )عناصر اساسی لیزر:
لیزر ها سه قسمت اصلی دارند:1)پمپ انرژی یا چشمه انرژی یا دمنده،2)ماده پایه یا فعال یا محیط تقویت کننده،و3)مشدد کنده اپتیکی یا کاواک اپتیکی یا تشدید گر. که به توضیح مختصری راجع به آنها می پردازیم.
1-4-1)پمپ انرژی یا چشمه انرژی یا دمنده:دمنده،یک چشمه انرژی خارجی است که وارونی جمعیت را در محیط لیزری به وجود می آورد.تقویت موج نورتنها در یک محیط لیزری که در آن وارونی جمعیت بین دو تراز انرژی وجود داشته باشد روی می دهد.(برای اینکه لیزر کار کند لازم است تعداد اتم های N2 در تراز انرژی E2از تعداد اتم های N1 در تراز انرژی E1 بیشتر باشند،این وضعیت را وارونی جمعیت می نامند.) وارونی جمعیت و گسیل القایی با هم در محیط لیزری باعث تقویت نور می شوند.در غیر این صورت موج نور عبور کننده از محیط لیزری تضعیف خواهند شد.
به فرایندی که در آن اتم ها از تراز 1 به تراز 3 (برای لیزر 3 ترازی)یا از تراز صفر به تراز 3(برای لیزر 4 ترازی)می روند،فرایند دمش یا پمپ کردن می گویند،دمنده ها می توانند از نوع اپتیکی،الکتریکی،شیمیایی یا گرمایی باشند.
1-4-1-1)دمش اپتیکی:در این نوع دمش،نور به وسیله ماده فعال جذب می شود و در نتیجه اتمها به تراز بالاتر دمیده می شوند.این روش مخصوصأ برای لیزر های حالت جامد (یاقوت یا نئودیمم)و لیزر های مایع (رزینه ای)مناسب است (شکل 1-1 ) .
شکل1-1 یک نمای شماتیک از لیزرهای حالت جامد
در جامدات و مایعات ،سازو کارهای پهن شدگی خط ،پهن شدگی قابل ملاحظه ای را ایجاد می کنند.به طوری که برای این گونه مواد به جای تراز های دمش ،با نوار های دمش سر وکار داریم. در شکل 1-2 تراز ها ونوار های انرژی نشان داده شده اند. این نوار ها (که اغلب نوار های پهنی هستند) می توانند بخش قابل ملاحظه ای از نور گسیل شده توسط لامپ دمش را جذب کنند.
دانلود پایان نامه در مورد نانوذرات و لیزر