در پژوهش پیشین نانوزبری چند اندازه‌ای با بهره گرفتن از نانوذرات با اندازه‌های مختلف و بار سطحی متفاوت به همراه پوشش‌دهی رزین سیلیکونی جهت تولید منسوجات چندمنظوره با خواص پایدار توسعه یافت. در این پژوهش ایدۀ استفاده از پرتودهی لیزر و تکمیل منسوجات با نانوذرات دنبال شده است. در مطالعات ابتدایی شرایط مطلوب پرتودهی لیزر از طریق بهینه‌سازی تعداد پالس و شدت لیزر، با لحاظ کردن اثر تکمیل نانو تعیین شده است. در ادامه نمونه‌های پیش تکمیل شده توسط نانوذرات و نمونه‌های فاقد نانوذرات در شرایط بهینه شده، پرتودهی شدند و جهت مقایسۀ تأثیر ترتیب استفاده از دو فرایند پرتودهی لیزر و تکمیل نانو، تعدادی از نمونه‌های پرتودهی شده با لیزر مجدداً تحت تأثیر عملیات تکمیل با نانوذرات قرار گرفتند. در هر دو حالت فرایند تکمیلی به دو روش پوشش‌دهی با دستگاه پد و رمق‌کشی تحت تأثیر امواج فراصوت دستگاه اُلتراسونیک با هم مقایسه شده‌اند. مطالعات میکروسکوپی از خصوصیات سطح نمونه‌ها نشان دهندۀ ایجاد زبری چند اندازه‌ای، حاصل از قرارگیری نانوذرات در دره‌های میکرومتری ایجاد شده توسط عملکرد فرسایش پرتوهای لیزر، بر روی سطح منسوجات است. بر اساس نتایج حاصل، حضور نانوذرات سبب تشدید تأثیر لیزر در ساختارسازی و بهبود عملکرد فرسایش آن روی سطح شده است. خواص مختلف نمونه‌های تحت بررسی، نظیر زمان جذب قطرۀ آب، زاویۀ تماس قطرۀ آب، زاویۀ سُرخوردگی قطرۀ آب، قابلیت رنگرزی نمونه‌ها و قابلیت رنگبری از پساب‌ها توسط نمونه‌ها، مورد مطالعه قرار گرفته است. عملیات پیش تکمیل با نانوذرات، تأثیر مثبتی بر ایجاد عوامل رنگ‌پذیر ایجاد شده بر روی سطح حین پرتودهی لیزر داشته است. با تلفیق پرتودهی لیزر به همراه تکمیل منسوجات توسط نانوذرات، خواص آبگریزی از قبیل زمان جذب، زاویۀ تماس و زاویۀ سُرخوردگی قطرۀ آب روی سطح به نحو قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته، به طوری که منجر به ایجاد خواص ابرآبگریزی شده است. این تغییرات با تغییرات توپولوژی ایجاد شده روی سطح نمونه‌ها بر اساس مطالعات میکروسکوپ الکترونی هم‌خوانی داشته است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول. 1
پیشینه پژوهش اصلاح سطح توسط پرتودهی لیزر 1
1-1 پیشگفتار 2
1-2 روش‌های اصلاح سطحی مواد 3
1-2-1 اصلاح سطح توسط فرآوری و عملکرد پلاسما 3
1-2-2 روش‌های عملیات شیمیایی‌تر و محلول‌ها 4
1-2-3 روش تجزیه حرارتی به کمک افشاندن. 4
1-2-4 روش سُل‌ژل. 4
1-2-5 روش ایجاد زبری و رسوب‌دهی پاششی توسط مگنترون. 5
1-2-6 روش رسوب شیمیایی بخار 5
1-2-7 روش رسوب فیزیكی بخار 6
1-2-8 روش پرتودهی ایکس، گاما و الکترون توسط شتاب‌دهندۀ رودوترون. 6
1-2-9 روش لیتوگرافی یا چاپ سنگی. 7
1-2-10 روش پوشش فیزیکی یا مخلوط کردن. 7
1-2-11 روش پوشش‌دهی چرخشی. 8
1-2-12 روش الكتروریسی. 9
1-2-13 روش بمباران یونی یا سایش با باریكۀ یونی. 10
1-2-14 روش لایه نشانی با لیزر پالسی. 10
1-2-15 روش قالب گیری حلال. 11
1-2-16 روش كاشت یونی. 11
1-2-17 روش کوپلیمریزاسیون پیوندی. 12
1-2-18 روش نانوایمپرینت یا نانوچاپ.. 13
1-2-19 روش قلم آغشته. 14
1-2-20 ایجاد زبری توسط میكروسكوپ تونل‌زنی روبشی. 14
1-2-21 ایجاد زبری به روش میکروسکوپ نیروی اتمی. 15
1-2-22 ایجاد فرسایش توسط لیزر 15
1-3 پیشینه پژوهش اصلاح سطحی صورت گرفته توسط پرتودهی لیزر 18
1-4 ارزیابی تغییرات شیمیایی، فیزیکی و خواص ایجاد شده ناشی از پرتودهی لیزر 23
1-4-1 واکنش پرتو لیزر و ماده 23
1-4-2 تغییرات عوامل شیمیایی ناشی از پرتودهی سطوح توسط لیزر 26
1-4-3 تغییرات فیزیکی و مرفولوژیکی ناشی از پرتودهی سطوح توسط لیزر 28
1-4-4 خواص و کاربرد‌های سطوح اصلاح شده توسط پرتودهی لیزر 31
پیشگفتار
خواص سطحی مواد در تعیین کاربرد‌های آن ها مهم می‌باشد و امروزه روش‌های مختلفی برای اصلاح این خواص استفاده می‌شوند. خواص مهم مواد پلیمری از قبیل چسبندگی، اصطکاک، تر شوندگی، نفوذ پذیری و سازگاری با محیط زیست می‌باشند که در عمل، همۀ این ویژگی‌ها از خصوصیات سطحی تأثیر می‌پذیرند. اصلاح سطح فرایندی پركاربرد و مهم در فناوری نانو بشمار می‌رود که باعث گسترش کاربرد مواد شده است [1،2]. اصلاح سطحی عبارت است از اصلاح سطح بیرونی با هدف تأثیر گذاشتن بر خواص مختلف مورد نظر، با حفظ ویژگی‌های کلیدی فیزیکی، که اگر این گونه اصلاح سطح به طور صحیح انجام شده باشد، خواص مکانیکی و عملکرد نمونه تحت تأثیر قرار نخواهد گرفت، ولی خواص مورد نظر تغییر کرده و بهبود خواهد یافت [3].
اصلاح سطح، عملی است که برای ایجاد مشخصه های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلف بر روی سطح مواد انجام می‌شود. اصلاح سطح معمولاً در مواد جامد و معمولاً با اهداف کنترل شکست و سایش (مانند ایجاد سختی، شکست، خستگی، مقاومت به سایش و غیره)، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، تغییر خواص فیزیکی مانند رسانایی، مقاومت الکتریکی، انعکاس نور و غیره، تغییر زبری سطح، ایجاد قابلیت آبدوستی، ایجاد سطوحی با قابلیت ابرآبگریزی [4]، رنگبری سطحی، ایجاد خواص چسبندگی و اتصال بر روی سطح [5]، استریلیزه کردن [3]، پاک‌کنندگی سطحی [6]، خود تمیز شوندگی، ضد مه شدن و ضد برف شدن، خواص شفاف شدن یا پشت‌نما شدن [7]، ایجاد خواص حرارتی و قابلیت تأخیر در مشتعل شدن [8]، کنترل تحرک یا چسبیدن مواد زیستی [9]، افزایش قابلیت نفوذ، فیلتراسیون یا تصفیه کردن [10]، سازگاری بیولوژیکی یا عکس آن و قابلیت واکنش پذیری [6،11]، افزایش خواص رنگ پذیری، رنگرزی و چاپ [12] و افزایش قابلیت پایداری و ثبات ابعادی [5] انجام می‌شود.
اصلاح سطح پلیمر یک مبحث قدیمی است که منجر به کاربرد بیشتر مواد پلیمری مصنوعی در جوامع انسانی شده و در زمینه‌های مختلف از قبیل چسب‌ها، فیلتراسیون غشایی، پوشش‌دهی، اصطکاک و خوردگی، کامپوزیت‌ها، ابزارهای میکرو‌الکترونیکی، فناوری لایه‌ها و فیلم‌های نازک، بیومواد و غیره به کار گرفته شده است. به علت این مسائل، بهینه‌سازی و اصلاح سطح برای یک پلیمر بدون تغییر خواص تودۀ آن، موضوع تحقیقات کلاسیک سال‌ها قبل بوده است، و حتی هنوز هم تحقیقات عالی بر روی کاربرد‌های جدید مواد پلیمری به ویژه در زمینۀ بیوتکنولوژی و مهندسی پزشکی انجام می‌شود [13].
1-2 روش‌های اصلاح سطحی مواد
روش‌های موجود برای اصلاح سطح و ایجاد نانو یا میکروساختار‌ها، با طبقه‌بندی ماهیت تغییر و اصلاح به دو گروه فیزیکی و شیمیایی و به طور کلی به گروه‌های لایه‌برداری یا ایجاد فرسایش، رسوب‌دهی یا پوشش‌دهی، تغییر شکل از طریق کشش مکانیکی، قالب‌دهی، مخلوط کردن و خود ساخت[1] تقسیم‌بندی می‌شوند، که هرکدام از این سیستم‌ها دارای روش‌های متفاوتی هستند [4].
تا کنون روش‌ها و فرایندهای مختلفی برای ایجاد زبری و اصلاح سطح گزارش شده است که از روش‌های متداول تغییر و اصلاح خواص سطحی با ایجاد زبری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1-2-1 اصلاح سطح توسط فرآوری و عملکرد پلاسما
فرایندهای تكمیل و رنگرزی در صنعت نساجی همواره با محدودیت‌های مختلفی روبرو بوده است. از روش‌های بهبود رنگ‌پذیری می‌توان به استفاده از پلاسما و كرونا[3] اشاره كرد. این روش‌ها قادر به اصلاح سطح منسوجات، بدون تغییر در خواص درونی پلیمر در یک محیط خشك، بدون آب و مواد شیمیایی هستند [5]. در عملیات واکنش پلاسما با افزایش پلاریته، آبدوستی و بار الکتریکی سطح پلیمر می‌توان کاربرد‌های مفید مانند افزایش ترشوندگی سطحی، چسبندگی، رنگ پذیری، خون سازگاری و غیره را کسب نمود [3،13،14].
1-2-2 روش‌های عملیات شیمیایی‌تر و محلول‌ها
تغییر و اصلاح شیمیایی شامل اثر یک یا چند نوع ماده بر یک سطح، جهت ایجاد سطحی با خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب‌تر می‌باشد. بعضی مولکول‌های پلیمر شامل گروه‌های جانبی شبیه به هیدروکسیل، کربوکسیل، آمینو، استر و غیره هستند که این نوع از پلیمرها می‌توانند مستقیماً با واکنش شیمیایی دگرگون شوند. در این روش پلیمر تحت تأثیر یکسری از حلال‌های شیمیایی قرار می‌گیرد تا با ایجاد یکسری از گروه‌های خاص شیمیایی مانند آلدئید‌ها، اسیدهای کربوکسیلیک، هیدروکسیل‌ها و آمین‌های اولیه بتوان خواص عملکردی خاصی را در سطح پلیمر ایجاد کرد [13].
1-2-3 روش تجزیه حرارتی به کمک افشاندن
در یک تحقیق انجام گرفته توسط تاروال[6] و همکارانش [7]، از تکنیک تغییر ماهیت شیمیایی در اثر افشاندن مخلوطی از استات روی و آب و ایجاد شدن حرارت بر روی شیشه همراه با تولید فیلمی از اکسید روی استفاده شده، جهت دست‌یابی به خاصیت آبگریزی و قابلیت انتقال بالای نور، که در نهایت به خواص شفاف شدن یا پشت‌نما شدن، خود تمییز شوندگی، ضد مه شدن و ضد برف شدن رسیده و از آن روش در میکروچیپ‌های متحرک و میکرو‌راکتورها استفاده شده است.
1-2-4 روش سُل‌ژل
فرایند سُل‌ژل یک روش شیمیایی‌تر با بهره گرفتن از یک اكسید فلزی می‌باشد و در واقع از اصل محلول‌سازی و رسوب‌دهی جامدات در مایعات با بهره گرفتن از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده کرده و محصولاتی مثل پوشش و پودر را بدست می‌آورند. البته باید یادآور شد كه پوشش‌هایی كه از این روش تولید می‌شوند دارای تخلخل‌هایی هستند، كه بعضی خواص آن ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد [14].
1-2-5 روش ایجاد زبری و رسوب‌دهی پاششی توسط مگنترون
اساساً یک ابزار رسوب‌دهی پاششی شامل یک هدف، كه منبع مواد رسوب داده شده بوده، و یک زیرﻻیه است. رسوب‌دهی پاششی یک روش ساختارسازی است كه شامل رسوب‌دهی موادی است كه قبلاً از سطح هدف جدا و بر روی زیرلایه پاشیده شده‌اند. تكنیک مذكور اغلب در ساخت انواع مختلف پوشش‌های محافظ، تكنولوژی سِل‌های خورشیدی و فیلم‌های نازك ابر رسانا‌ها كاربرد دارد. همچنین در مهندسی مواد نانوساختار (به عنوان مثال نانوفیبرها، فولرن‌ها، فیلم‌های نازك نانوكریستال) استفاده می‌شود [1،14].
1-2-6 روش رسوب شیمیایی بخار
اولین كاربردهای این روش به تولید لامپ‌های رشته‌ای[10] در سال 1880 بر می‌گردد كه در آن از روش رسوب شیمیایی بخار برای افزایش استحكام رشته‌های كربنی با رسوب فلز استفاده شد. فرایندهای رسوب شیمیایی بخار انواع گوناگونی دارند، اما به طور كلی در همۀ آن ها از محفظه‌ای به نام رآكتور استفاده می‌شود كه پیش ماده با ورود به رآكتور به صورت یک لایه نازك روی سطح زیرپایه رسوب كرده، در حالی كه دچار یک سری تغییرات شیمیایی می‌شود و پوششی با تركیب و خواص مورد نظر را ایجاد می‌كند [1].
رسوب شیمیایی بخار در مورد پلیمرها توسط عمل پلاسما انجام می‌شود و در این روش گاز مونومر مستقیماً به محفظۀ پلاسما اعمال شده و پلیمریزه می‌شود. پلیمر ابتدا در فاز گازی تولید شده، و سپس تولیدات منتج شده روی سطح منفی با دمای پایین به شکل یک لایۀ ضخیم رسوب می‌کند [13].
1-2-7 روش رسوب فیزیكی بخار
این روش شامل یک فرایند فیزیكی مثل تبخیر دما بالا در خلاء یا كندن مواد با پلاسما می‌باشد و بر خلاف روش رسوب شیمیایی بخار پوشش‌دهی با انجام یک واكنش شیمیایی در سطح زیرپایه همراه نیست. امروزه به كمك روش رسوب فیزیكی بخار می‌توان ساختارهای لایه نازك، به ضخامت یک لایه اتمی را رسوب داد كه این در نانوفناوری اهمیت ویژه‌ای دارد. از مزیت‌های روش رسوب فیزیكی بخار می‌توان به این نکات اشاره کرد که از نظر زیست محیطی نسبت به برخی فرایندهای مشابه از جمله رسوب شیمیایی بخار برتری داشته و آلودگی كمتری ایجاد می‌كند [1].
فرم در حال بارگذاری ...