بخشی از مقاله
چکیده
مقالهی حاضر به ارائهی یک روش جدید برای تعیین مکان، اندازه و عمق حفره در مواد می پردازد، که اساس این روش مبتنی بر تفاوت بهرهی پرتوی ایکس حاصل از پروتون فرودی به نمونه مورد نظر در دو آشکارساز همزمان پرتوی ایکس است. پرتوهای ایکس مشخصه بهوجود آمده از طریق برهمکنش باریکهی یونی با ابر الکترونی اتمهای هدف، در مسیر حرکت به سمت آشکارساز به دلیل جذب در نمونه تضعیف میشوند. به دلیل وجود حفره در نمونه و وابستگی جذب پرتوی ایکس به طول مسیر طی شده در ماده، اختلاف جذبی برای پرتوی ایکس مشخصه در ماده داریم که حاصل آن عدم تقارن در بهرهی پرتوی ایکس بدست آمده در دو آشکارسازی است که بطور همزمان در دو طرف باریکهی فرودی قرار گرفتهاند. با استفاده از دادههای حاصل از دو آشکارساز پرتوی ایکس و محاسبهی عدم تقارن بهرهی پرتوی ایکس در هر یک از پیکسلهای تصویر، برای عدم تقارن ماتریس تصویری بدست میآید که نشان دهندهی ماتریس موقعیت حفره می-باشد. با توجه به تشابه استفاده از دو آشکارساز پرتوی ایکس در چیدمان میکروپیکسی و تصویربرداری سهبعدی در روش استروسکوپی از روش ارائه شده با عنوان استروپیکسی نام برده میشود. نشان می دهیم هر چقدر شعاع حفره موجود بزرگتر باشد عدم تقارن در بهرهی پرتوی ایکس آشکارسازها نیز بیشتر میشود و در نتیجه شناسائی وجود حفره آسانتر است. همچنین، هر چقدر حفره در عمق بیشتری در داخل نمونه قرار داشته باشد عدم تقارن بهرهی پرتوی ایکس کمتر است.
مقدمه
در بین ابزارهای مختلف مشخصهیابی، آنالیز با باریکهی یونی جایگاه ویژهای دارد. فناوریهای باریکهی یونی به عنوان ابزارهای ضروری در تحقیقات، توسعه و تولید مواد مدرن، همچنین اصلاح و مشخصسازی سطوح و پوستههای نازک مواد جامد بنا نهاده شدهاند. در حال حاضر، باریکهی یونی یکی از جذابترین و برجستهترین ابزارها برای تجزیه و تحلیل مواد است . - Schmidt and Wetzig, 2013 - اصول کلی این روشها این است که از یونهای با انرژی چند مگاالکترون ولت برای برهمکنش با مادهی هدف استفاده می-شود. مزیت استفاده از یونهای سنگین با انرژی چند مگاالکترون ولت در قیاس با الکترونها آن است که بدون پراکندگی قابل ملاحظهای تا عمق زیادی - در حدود چند ده میکرون - در ماده نفوذ میکنند، که در نتیجهی آن قدرت تفکیک باریکه تا عمق زیادی ثابت میماند. از مزیتهای روشهای آنالیز با باریکهی یونی میتوان به توانمند بودن، غیرمخرب، متنوع، بسعنصری و همچنین سریع بودن اشاره کرد.
خلل و فرج یا تخلخل به حفرههای موجود بین بلورها و ذرات و ناهنجاریهای اتمی گفته میشود که در محدودهای از 10آنگستروم تا چند میکرون قرار میگیرند . Gregg and Sing, 1982 تخلخل یا بطور ذاتی در ساختار مواد خام اولیه وجود دارد و یا حاصل خروج مواد فرار از این قطعات در حین فرآیندهایی است. اندازهگیری دقیق مساحت سطح، حجم و توزیع منافذ، دارای کاربردهای متعددی در مطالعه کاتالیستها، نانو جاذبها، ترکیبات و افزودنیها، مواد دارویی، صنایع غذایی، کربن فعال، سرامیکها، پلیمرها، رنگ ها و پوشش ها و همچنین در نانوساختارهایی نظیر نانوذرات فلزی، نانولولهها، نانوالیاف و غیره میباشد. از این رو روشهای مختلفی جهت اندازهگیری تخلخل، مورد توجه قرار گرفته است - اهری هاشمی و فتوره چیان، . - 1385 در اینجا برای تعیین حفره از آنالیز با باریکهی یونی استفاده میکنیم و از روشی با عنوان "استروپیکسی" - غلامی حاتم و همکاران، - 2012 نام میبریم، که ترکیبی از نام استروسکوپی در تصویربرداری اپتیکی و روش پرتوی ایکس حاصل از پروتون فرودی - آنالیز عنصری در میکروپیکسی - میباشد. اساس این روش، بهرهگیری از خاصیت جذب پرتوی ایکس در ماده و نیز استفاده همزمان از دو آشکارساز پرتوی ایکس در دو طرف باریکهی فرودی است. استفادهی همزمان از دو آشکارساز پرتوی ایکس در جهات مختلف در آنالیز با میکروباریکهی پروتونی همواره این امکان را فراهم میآورد تا اطلاعات بیشتری از نمونهی مورد بررسی کسب کنیم.
در روش استروپیکسی نیاز است که از دو آشکارساز در دو طرف باریکه استفاده شود. چیدمان استفاده از دو آشکارساز در بسیاری از آزمایشگاههای دنیا Kobayashi, Koizumi, Nakano, Hatori, Sunohara,1999 به همراه سیستم میکروباریکه پروتون Kertesz, Szikszai, Uzonyi, Simon, Kiss, 2005 وجود دارد. استفاده از روش استروپیکسی منجر به کسب اطلاعات بیشتری از نمونه از قبیل تعیین شکل توپوگرافی در نمونههای غیرمسطح - غلامی حاتم، لامعی رشتی، پلیسون، - 1391 و تعیین خلل و فرج موجود در نمونههای متخلخل و همچنین بررسی تأثیر این خلل و فرج بر آنالیز مواد میشود. در ابتدا، یک مرور کلی بر تکنیکهای تحلیلی با استفاده از یونهای باردار شتابدار برای بمباران مواد را ارائه میدهیم. جهت دستیابی به جنبههای مختلف موضوع مورد بحث، پیشینهای از آنالیز با باریکهی یونی و روشهای متداولی که جهت تعیین میزان تخلخل بکار میروند بطور مختصر بیان میکنیم. سپس اصول اساسی جهت تعیین حفره در روش استروپیکسی بیان میشود. در بخش تجزیه و تحلیل دادهها، نتایج حاصل از بکارگیری این روش جهت تعیین حفره در مواد به صورت کمی برای اکسید سیلیسیم بیان شده است، سپس نتایج حاصل با اکسید آلومینیوم، آلیاژ برنجی و عنصر کلسیم مقایسه شده است و در نهایت به بررسی تأثیر شعاع حفره و عمق قرارگیری حفره روی نتایج حاصل پرداخته میشود.
