بخشی از مقاله
چکیده
فاصلهاندازها ذرات یا استوانههایی با قطر معیناند که به منظور ایجاد یک فاصله ثابت بین دو سطح شیشهاي یا پلیمري بهکار میروند. در این مقاله روشی بسیار ساده و ارزان به منظور ساخت فاصله انداز شیشهاي با ابعاد چند میکرون تا چند ده میکرون معرفی میشود. قطر و دقت اندازة ذرات در این روش قابل کنترل است. این روش مبتنی بر جداسازي ذراتی با قطر دلخواه از مجموعه ذرات آسیاب شده در ستونی از سوسپانسیون حاوي این ذرات است. ابعاد ذرات تولید شده، هنگامیکه بهعنوان فاصلهانداز بین دو لایه شیشهاي قرار میگیرد بهروش تداخلسنجی اندازهگیري شد و نتایج این اندازهگیري، کاربرد ذرات تولید شده را بهمنظور استفاده در انواع سلولهاي حاوي بلورمایع ازجمله نمایشگرهاي بلورمایع، مدولاتورهاي الکترواپتیکی و PDLC ها قابل قبول میسازد.
مقدمه
فاصلهاندازها ذراتی با قطر معیناند که به منظور ایجاد یک فاصلهي ثابت بین دو سطح شیشهاي یا پلیمري بهکار میروند.نمایشگرهاي بلورمایع، بخش مدولاتور ویدئوپروژکتورها، صفحاتPDLC و سلولهاي شیشهاي که لازم است یک مایع را در ضخامت کمی در خود نگه دارند از موارد استعمال این ذراتاند.جنس این ذرات از پلاستیک، سیلیکا یا ذرات رسانا میباشد که هر یک کاربرد خاص خودشان را دارند. از فاصلهاندازهاي فیبري نیزبه این منظور استفاده میشود. یکی از روشهاي متداول کالیبراسیون الکهاي استاندارد آزمایشگاهی ریز با این ذرات میباشد. سنجشعملکرد پالایههاي ذرات ریز و بررسی عملکرد تجهیزات اتاق تمیز نیز از دیگر کاربردهاي این ذرات است. از فاصلهاندازهاي پلاستیکی که به شکل کروي و از جنس دي وینیل بنزن ساخته میشود به منظور ایجاد فاصلهي ثابت بین دو شیشه که فشار مکانیکی زیادي را تحمل نمیکند استفاده میشود. جنس فاصلهس اندازهاي نوع سیلیکا از سیلسیم دياکسید است که مادهاي سخت و نارساناست و مادة اصلی تشکیلدهندة شیشه است.
این نوع از فاصلهاندازها نسبت به انواع پلیمري انعطاف کمتري داشته و کاربردهاي بیشتري نیز دارند. در صفحات بلورمایعی کهکاملاً درزگیري شده باشند از این نوع فاصلهاندازها استفاده میشود. این ذرات میتوانند بههمراه بلورمایع یا به روش لایهنشانی روي سطح در فضاي بین دو شیشه قرار گیرند. براي این منظورمعمولاً این فاصلهاندازها در اندازههاي 3 تا 10 میکرون ساخته میشوندب1م.اولین بار استوبر میکروذرات سیلیکاتتراتیلرابهروش سول-ژل از سیلیکات که در محلول رقیق حاوي اتانول و آمونیاك درحال امزجاج بهدست آوردب3و2م. نسبت ترکیب اجزاي این مخلوط ونیز نوع الکل و استر بکار رفته، ابعاد ذرات را از 50 تا 1000نانومتر تغییر میدهد. اسکونا با اصلاح این روش ذراتی با ابعاد تا1000 میکرون نیز بدست آوردب4م. روشهاي فوق، علیرغم صنعتی بودن و قابلیت تنظیم ابعاد ذرات با پارامترهاي شیمیایی، به سادگی قابل اجرا نیست.
در حال حاضر از این بهمنظور ایجاد فاصله درسلولهاي بلورمایع در کارهايتحقیقاتیِ داخل کشور از فاصلهس اندازهاي آمادة وارداتی و یا در صورت نیاز به ضخامتهاي بیشتر - درحد 50 میکرون - از فاصلهانداز مایلار پولیستري بهصورت نواري استفاده میشود. در این کار، روشی بسیار ساده، ارزان ومبتنی بر روشهاي فیزیکی جهت تولید ذرات میکرونی در ابعادآزمایشگاهی با قطر دلخواه از چند میکرون تا چند ده میکرون معرفی میگردد. این روش مبتنی بر جداسازي ذرات شیشه آسیابشده برمبناي زمان سقوط آن در یک سیالاگرچهمیباشد.شکل ذرات تولید شده کروي نیست، ولی از این ذرات میتوان بهسخوبی بهعنوان فاصلهانداز براي سلولهاي بلورمایع استفاده کرد. ما از ذرات تولید شده به این روش بهمنظور شاخت صفحات PDLCاستفاده کردهایمب5م.
مبانی تئوري
پیش از این، براي اندازهگیري تابع توزیع ذرات ریز خاك بااندازهگیري چگالی متوسط سوسپانسیون حاوي ذرات خاك درعمق بخصوصی در زمانهاي مختلف درنظراستفاده میشد. باگرفتن ذراتی با قطرD و چگالی نسبی G در داخل سیالی باچگالی نسبیذG و گرانروي n رابطه زیر را میتوان براي سرعتحد سقوط این ذرات نوشتب6م.در این رابطه، قطر ذرات برحسب میلیمتر، گرانروي برحسب Poises و چگالیهاي نسبی، نسبت به آب میباشند. دراینصورت سرعت حد سقوط ذرات برحسب سانتیمتر بر دقیقهبهدست خواهدآمد.مراحل زیر براي جداسازي ذراتی باقطر ج ± تDض را ازذرات اولیه با قطري بینذD ولDکه ل D ج ± تDض ذD است پیشنهاد میشود:
مرحله اول: بهمنظور جداسازي ذرات بزرگ، ابتدا فرض میکنیمکلیه ذرات بهطور یکنواخت در ستونی به ارتفاع H توزیع شدهباشند. در این صورت اگر زمان سقوط ذراتی با قطرج تDض راذTبگیریم، در این مدت ذرات فاصلهجذH − hض را طی خواهند کرد.مطابق شکل1،ذراتی که داراي قطر بزرگتر از ج تDض هستندمیتوانند از بالاترین نقطه استوانه تا ارتفاعذh از کف استوانه پایینبیایند. بقیه ذرات با همین قطر که در ارتفاع کمتري بودند نیز در پایینتر از ارتفاعذh جاي خواهند گرفت. لذا داریم:
