بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله، کندو سوز لیزری منیزیم در آب با استفاده از لیزر - =1064 nm - Nd-YAG پالسی گزارش شده است و ضریب جذب غیر خطی ساختارهای به دست آمده با استفاده از روش روبش z مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار و ترکیب نانوساختارهای به دست آمده توسط پراش اشعه - XRD - X، و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - بررسی شده است. نتایج به دست آمده از آنالیزهای XRD و SEM نشان داد که از کندو سوز لیزری هدف فلزی منیزیم در آب ساختارهای بروکیت Mg - OH - 2 با اندازه متوسط 0/4 تا 0/5 میکرون تشکیل می شود. ضریب جذب خطی، ، و ضریب جذب غیر خطی، β، به ترتیب به روش چیدمان محدودشدگی اپتیکی و دریچه باز روبش z، و با استفاده از لیزر Nd-YAG با طول موج =532 nm ، محاسبه شد . نتایج نشان داد که ضریب جذب غیرخطی برای این ساختارها منفی و برابرβ=1/5×10-6 mm/watt و ضریب جذب خطی=1/57cm-1 به دست می آید.
کلید واژه- هیدروکسید منیزیم، روبش z، کندوسوز لیزری کد 0300/0140 - PACS،300/140
-1 مقدمه
روش کندوسوز لیزری روشی مناسب جهت دست یابی به ساختارهایی خیلی خالص از نانوذرات است. اخیرا تهیه انواع مختلفی از نانوذرات با هدف های مختلف با استفاده از این روش مورد مطالعه قرار گرفته است .[1] یکی از هدف های فلزی که در فرآیند کندو سوز لیزری مورد استفاده قرار می گیرد، منیزیم است. نتایج گزارش شده نشان می دهد که نانوساختارهای ایجاد شده از کندوسوز هدف منیزیم در آب هیدروکسید منیزیم - Mg - OH - 2 - است. Mg - OH - 2 به عنوان یک نوع مهم از مواد غیر آلی به صورت عامل خنثی کننده [2]، فرونشاننده دود و شعله[3]، عامل دسولفوریزه و عامل رنگ بر [4] مورد استفاده قرار می گیرد.
از جمله کمیت های مورد توجه در اپتیک، ضرایب جذب خطی و غیرخطی است. به طور کلی ضریب جذب مواد به صورت - I - = + I تعریف می شود که در این رابطه ، ضریب جذب خطی، ضریب جذب غیرخطی و I شدت میدان اپتیکی اعمال شده بر محیط است. این رابطه نشان می دهد که خصوصیات غیرخطی مواد با افزایش شدت نور تابشی افزایش می یابد. این افزایش بر باریکه خروجی تأثیر گذاشته و از روی مطالعه این تأثیرات ویژگی های غیرخطی ماده، مورد مطالعه قرار می گیرد. شاید ساده ترین روش برای تغییر پیوسته شدت تابشی یک جبهه تخت مثل لیزر حرکت دادن نمونه در اطراف کانون یک عدسی باشد که روبه روی باریکه لیزر قرار گرفته و آن را متمرکز می کند، که روش روبش z نامیده می شود.
در این مقاله تشکیل نانوساختارهای هیدروکسید منیزیم به روش کندو سوز لیزری یک هدف منیزیم در آب با استفاده از لیزر Nd:YAG با طول موج 1064 نانومتر گزارش شده است. نانوساختارهای ایجاد شده توسط آنالیزهای XRD و SEM بررسی شده، و نتایج حاصل گزارش شده است. سپس ضرایب جذب خطی و غیرخطی ساختارهای تهیه شده به این روش با استفاده از لیزر پالسی Nd-YAG با طول موج 532 نانومتر و چیدمان روزنه باز جاروب z و محدودشدگی اپتیکی محاسبه شده است. نتایج مربوط به ضریب جذب غیرخطی برای ساختارهای هیدروکسید منیزیم تا به حال گزارش نشده است و در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش روبش z محاسبه شده است.
-2 روش آزمایشگاهی
تهیه نمونه: یک نوار منیزیم با خلوص 99/5%، طول و عرض 20 میلیمتر و ضخامت 0/15 میلیمتر به عنوان هدف مورد استفاده قرار می گیرد. ظرفی که محلول و نمونه در داخل آن قرار می گیرد شیشه ای و دارای سطح مقطع دایروی به شعاع 35mm و ارتفاع 75mm است، که 60cm3 آب در آن ریخته شده است. لازم است هدف طوری در محلول قرار گیرد که در تمام طول آزمایش حدود 10mm پایین تر از سطح آب واقع شود. به منظور استفاده موثر از باریکه لیزر در طول آزمایش، نگهدارنده نمونه روی یک صفحه دو بعدی چرخان قرار می گیرد؛ به طوری که در تمام مدت کندو سوز هدف در کانون باریکه قرار می گیرد.
لیزر مورد استفاده در این آزمایش یک لیزر Nd:YAG پالسی با طول موج 1064nm است که دارای پهنای پالس 240 ns ، انرژی پالس 1mj و فرکانس 2 kHz است. کندو سوز به مدت یک ساعت انجام شده است. محلول بعد از تولید نانوذرات کدر می شود و رنگ آن به شیری می گراید. بعد از گذشت یک ساعت رسوبی به رنگ شیری در ظرف ته نشین می شود. این در حالی است که ذراتی نیز در محلول معلق هستند . بعد از اتمام آزمایش محلول حاصل در ظرفی جداگانه قرار داده می شود تا آب موجود در ظرف تبخیر شود. رسوب حاصل پس از خشک شدن به صورت پودر از ظرف جدا می شود و جهت آنالیز های XRD وSEM مورد استفاده قرار می گیرد. پراش پودر 40kV و 30mA انجام شده است. همچنین یک میکروسکوپ الکترونی روبشی 30kV مدل TS5136MM جهت مشاهده مورفولوژی ساختارها مورد استفاده قرار گرفته است.
چیدمان روبش :z در روش روبش z از چیدمانی مطابق شکل 1 استفاده شد. لیزر بکار رفته یک لیزر Nd:YAG با طول موج 532nm، فرکانس 200Hz، و پهنای پالس 10ns است. با جابجایی نمونه حول کانون شدت پالس تابیده شده به نمونه به صورت تابعی از z تغییر می کند. در این چیدمان نمونه در کانون عدسی قرار می گیرد و برای تعیین شدت لیزر از یک قطبشگر در پشت عدسی استفاده می شود. توانی که در غیاب نمونه به آشکارساز می رسد - - I0 و نیز توانی که پس از عبور از نمونه به آن می رسد - - I ثبت می شود. با استفاده از داده های به دست آمده و رابطه زیر ضریب جذب خطی به دست می آید:[5] - 4 -
-3 نتایج و بحث
شکل 3 الگوی پراش پودر اشعه X ساختارهای هیدروکسید منیزیم تولید شده به روش کندوسوز لیزری منیزیم فلزی را نشان می دهد. از مقایسه طیف پراش حاصل از این نمونه با داده های کارت شماره 44-1482 در فایل JCPDS مشاهده می شود که با تابش باریکه لیزر بر هدف منیزیم ساختار Mg - OH - 2 با فاز هگزاگونال تشکیل شده است. مقادیر 2 مربوط به پیک های پراش درْ18/48،ْ37/92،ْ50/72 وْ 58/64 به ترتیب مطابق با صفحات بلوری - 001 - ، - 101 - ، - 102 - و - 110 - ساختار هیدروکسید منیزیم می باشد. پهن شدگی غیریکنواخت پیک های پراش به وضوح قابل مشاهده است. همچنین پیک های - 001 - و - 110 - نسبت به دیگر پیک ها دارای پهنای کمتری است. این نتایج نشان می دهد که ابعاد بلوری در این نمونه ترجیحا در راستای محور c بلوری جهت گیری شده است که منجر به پهن شدگی پیک انعکاس - 001 - می شود. به علاوه بی نظمی های مختلف عامل پهن شدگی غیریکنواخت پیک ها در مواد لایه لایه مانند هیدروکسیدها می شود. تصویر SEM نمونه تهیه شده هیدروکسید منیزیم در شکل 4 نشان داده شده است. از آن جا که رسانش پودرهای هیدروکسید منیزیم خیلی کم است، بار سطحی نمونه جمع می شود و با افزایش رزولوشن تصویر به شدت تخلیه سطحی اتفاق می افتد. با این حال چنان چه مشاهده می شود ذراتی که در نتیجه کندوسوز هدف
