بخشی از مقاله
چکیده
تولید نانوذرات با استفاده از روش سایش لیزری در محیط های شاره ای در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این کار با استفاده از تابش لیزر Nd:YAG بر هدف آلومینیومی در محیط آب مقطر ابتدا نانو ذرات آلومینیوم تولید ومشخصه یابی شد.سپس در محلول حاصل هدف مسی قرار داده شد و مجدداً با استفاده از تابش لیزر و سایش هدف مسی، محلول معلق جدید تولید و مشخصه یابی گردید. ابزار مورد استفاده برای مشحصه یابی، ریزبین تراگذر الکترونی - TEM - ، پراش الکترونی ناحیه انتخابی - SAED - و پراش پرتو ایکس - - XRD بوده است. نتایج به دست آمده حاکی از این بود که نانوذرات آلومینیوم بلورینه بوده و در ساختار مرکب، آلومینیوم با ساختار بلورینه در میان مس بی شکل تشکیل نانوکامپوزیت داده اند.
مقدمه
در دهه گذشته سایش توسط لیزر پالسی در مایعات، تکنیکی منحصر بفرد و اصولی برای تولید نانوذرات، ریز کردن، تغییر شکل دادن و در هم آمیختن نانوذرات به شمار می رفته است.[1] معرفی سایش توسط لیزر پالسی در حد فاصل جامد- مایع، در سال 1987انجام گرفت که با استفاده از لیزر پالسی از یک هدف فلزی آهن در آب سایش صورت گرفت و نانوذرات اکسید آهن با فازهای کم ثبات تولید شد.[2] سازوکارهای احتمالی در مورد ترمودینامیک پلاسمای ایجاد شده توسط سایش لیزر پالسی بر اساس اندازه گیری های اسپکتروسکوپی طیف گسیلی و موج ضربه ای مورد بحث قرار گرفته اند4]و.[3 جزئیات بحث ترمودینامیک و رفتارهای سینتیک هسته بندی، رشد و متلاشی شدن حباب ها با تکنیک های اپتیکی بررسی شده است.
واکنش های شیمیایی در حد فاصل پلاسما و مایع و همچنین اندازه گیری پارامترهای ترمودینامیک پلاسما که دلالت بر ترکیب نانوذرات در دما و فشار بالا دارد مورد بحث قرار گرفته است8]و.[ نانوذرات براساس تعداد مواد تشکیل دهنده، به نانوذرات ساده و نانوذرات کامپوزیتی و نانوذرات هسته/پوسته تقسیم می شوند. در این کار ابتدا نانوذرات ساده آلومینیومی با روش سایش لیزری تولید و مشخصه یابی شدند و سپس در محلول معلق محتوی نانوذرات آلومینیوم، هدف مسی قرار داده شده و با استفاده از سایش لیزری نانوکامپوزیت های آلومینیوم-مس تولید و مشخصه یابی گردیدند.
سامانه آزمایشگاهی
ابتدا نمونه های فلزی آلومینیوم و مس خالص را در اندازه cm2 1×1 برش داده شد. ضخامت تقریبی نمونه های آلومینیوم و مس در حدود 1 mmبود. نمونه ها با استون بطور کامل شستشو داده شدند. در مرحله نخست نمونه آلومینیومی در کف بشری حاوی 10 ml آب مقطربطور ثابت قرار داده شد. و در مرحله دوم هدف مسی در کف بشر حاوی محلول معلق آب مقطر-نانوذرات آلومینیوم که در مرحله اول تولید شده بودند قرار گرفت.
تولید نانوذرات با لیزر 1064 nm, 12ns ,80 mJ - Nd:YAG، - VmTim برای هدف آلومینیومی و با انرژی110 mJ براای هدف مسی صورت گرفته است. در مقابل پرتو لیزر دو لنز با فاصله های کانونی 10 cmو 20 cmبه ترتیب برای پهن کردن باریکه لیزر و بعد از آنها آینه تخت برای بازتاب پرتوها به عدسی سوم قرار داشتند. درجلوی آینه عدسی با فاصله ی کانونی 15 cm قرار داشت و نمونه داخل بشر روی پایه x-y-z بطوری که نمونه در فاصله یک سانتی متری از کانون عدسی باشد، قرار گرفت. مدت زمان تابش بر هر دو هدف 10 دقیقه با آهنگ 5 Hz بوده است.
در هر مرحله پس از خشک کردن بخشی از محلول بر سطح یک لام شیشه ای و جمع آوری پودر بدست آمده با استفاده از دستگاه دستگاه TEM - Philips CM 30 - تصویربرداری شده و با استفاده از دستگاه XRD - ;ʼ3HUWSUR - مورد مشخصه یابی بلور شناختی قرار گرفتند. شکل 1 نمایشگر تصویر TEM از نمونه آلومینیومی پس از 10 د قیقه تابش است. همان طور که از شکل مشخص است نانوذرات کروی آلومینیوم تولید گردیده اند. اندازه میانگین این ذرات حدود 20 nm اندازه گیری شده است.
یافته ها و بحث
با توجه به طول موج پرتوX به کار رفته 0.154 - نانومتر - مقدار میانگین اندازه نانوذرات حدود 18 nm به دست آمده است. شکل 3 الگوی پراش نانوذرات آلومینیوم با استفاده از تکنیک SAED را نشان می دهد. با استفاده از رابطه - 2 - که در آن L طول دوربین برحسبmm و - L ثابت دوربین - ، R شعاع حلقه ها بر حسب mm و d فاصله صفحات بلور شناختی می باشد که بر حسب nm بدست می آید. .همچنین طول موج بر حسب nm از رابطه - 3 - محاسبه شده که در آن v ولتاژ شتابدهنده بر حسب kv می باشد.
با محاسبه d و مراجعه به کارت JCPDS شماره 10-0454 صفحه های بلور شناختی آلومینیوم به صورت نشان داده شده در شکل تشخیص داده شدند. شکل 4 تصویر TEM نانوکامپوزیت آلومینیوم- مس را نشان می دهد. همان طور که از شکل مشخص است نانوذراتی به شکل کروی - که در جلوتر می بینیم نانوذرات آلومینیوم هستند - در میان بخش بی شکل - خواهیم دید از جنس مس است - قرار گرفته اند. شکل :4 تصویر TEM از نانوکامپوزیت آلومینیوم-مس همچنین حلقه های پراش نمونه آلومینیوم-مس مشخص شده با آنالیز SAED در شکل 5 آورده شده است . در این شکل یکی از صفحات بلور شناختی آلومینیوم تشخیص داده شد که دلالت بر بلورینه بودن آلومینیوم در این ساختار دارد.
