بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله پلیمرهاي ترموست و ترموپلاست نظیر پلی الیل دي گلیکول کربنات - CR-39 - و پلی کربنات - PC - با خواص ویژه اپتیکی از طریق طیف سنجی شکست القایی لیزري - LIBS - بررسی و تفاوت طیفی آن مطالعه گردید. مورفولوژي سطح پلیمر ناشی از اثر تخریبی توسط میکروسکوپ روبش الکترونی - SEM - نیز آزموده شد. نشان داده شد که طیف LIBS در پلیمر با فرمول شیمیایی مونومرهایش سازگار است در حالیکه تابش لیزر Nd:YAG سوئیچ Q برپلیمرها در نوع ترموست و ترموپلاست اثر متفاوتی را داراست.
-1 مقدمه
-2 چیدمان آزمایش
پلی الیل دي گلیکول کربنات یک پلیمر ترموست است که کاربردهاي وسیعی دارد]١.[ این پلیمر با خواص ویژه اپتیکی خود در ساخت اجزا اپتیکی فشرده و سبک مانند لنزهاي طبی به کار میرود. پلیکربنات - PC - نیز یک پلیمر ترموپلاستیک است که به طور وسیعی در اپتیک و مهندسی کاربرد هاي فراوان دارد.به ویژه، به دلیل فشردگی و سبکی قابل ملاحظه این پلیمر در ساخت پنجره هاي کابین هواپیما، هلی کوپتر و در تهیه شیشه هاي نشکن مورد استفاده قرار میگیرد.
به طور کلی پلیمرهاي ترموپلاست با افزایش دما بیش از دماي گذار شیشهاي که در آن پلیمر از جامد به شکل نرم درمیآید، به مایع تبدیل شده و پس از کاهش دما مجددا"به شکل اولیه خود برمیگردند. در حالی که پلیمرهاي ترموست، اگر در اثر گرما تغییر حالت دهند پس از سرد شدن مجددا" به حالت اولیه خود باز نمیگردند و تخریب میشوند.
همچنین در این پلیمرها با افزودن برخی مواد شیمیایی، زنجیره هاي بلند مولکولی به صورت عرضی به یکدیگر اتصال یافته و پلیمري سخت تر بر اساس اتصال شبکه - cross linking - بوجود می آورند 2]،.[3گزارشهاي متعددي در مورد اثرات ساز و کارهاي رقابتی اتصال شبکهاي و تخریب زنجیرهاي ناشی از تابش همدوس لیزرهاي اگزایمر و گازکربنیک به چاپ رسیده است.
در مقاله حاضر تخریب ناشی از پرتو دهی با لیزر تپی یاگ در هماهنگ اصلی به کمک SEM بررسی شده است.
علاوه بر این، توانایی تشخیص این دو پلیمر به روش طیف سنجی شکست القایی لیزري [7-10] - LIBS - نیز مطالعه گردیده است. در LIBS پرتو دهی با باریکه کانونی یک لیزر تپی با چگالی توان بالا - چندین - GW/cm2 سبب گرم شدن، اتمیزه و یونش هدف و در نهایت ایجاد پلاسما می گردد، پلاسما با گذشت زمان سرد شده و عناصر مختلف موجود در این پلاسما طیف هاي اتمی و یونی مشخصه خود را ساطع نموده ، با آشکار سازي طیف تابشی حاصل اطلاعاتی از ترکیب، مقدار و حتی استو کیومتري نسبی آن را ارائه دهد.
مجموعه آزمایشی مورد استفاده در شکل - 1 - نشان داده شده است. باریکه یک لیزر Nd:YAG, Q-Switch ، در هماهنگ اصلی - 1064nm - ، نرخ تکرار پالس 1-20 هرتز، انرژي 40-90 mJ/pulse و عرض پالس 10 ns توسط یک لنز با فاصله کانونی20cm در روي هدف کانونی و پلاسمایی در سطح آن تولید شد، به منظور پرتو دهی نمونههاي آزمون در محیط هاي گازي مختلف، یک محفظه استوانهاي - قطر 10 cm و ارتفاع - 11cm چند پنچره اي از جنس فولاد ضد زنگ - S-316 - استفاده شد.
نور خروجی پلاسما توسط یک تار نوري - UV 600/660, SMA-905 - به شکاف فرودي یک طیف سنج مدل S-150
Solar Laser SystemsTM مجهز به آرایه CCD مدل Toshiba TCD 1304AP منتقل می شد، به علاوه یک تاخیر دهنده تپ به منظور تولید یک فرمان تاخیردر ثبت اطلاعات توسط دوربین CCD و حذف تابش هاي پیوسته اولیه ناشی از پدیده برمشترالانگ وارون به کار گرفته شد.
همچنین مورفولوژي سطح توسط یک میکروسکوپ الکترونی فیلیپسSEM مدلXL30بررسی شد.
شکل :1 جیدمان آزمایش طیف سنجی LIBS در سلول پرتودهی.
-3 بررسی و تحلیل نتایج
قطعاتی از پلیمر ترموپلاست به ابعاد 2 ×2 cm2 از PC - C16H14O3 , ρ =1.20g/cm3 - ساخته شده در شرکت جنرال الکتریک - GE - و نیز قطعاتی به همین ابعاد از پلیمرترموست CR-39 - C12H18O7 , ρ=1.310 g/cm3 - ساخت Intercast ایتالیا به عنوان هدف به کار گرفته شدند. ابتدا باریکه لیزر انرژي 40mJ/pulsو نرخ تکرار Hz 1 به وسیله لنز در هوا روي هدف کانونی شد.
در این مرحله طیف حاصل از تشکیل پلاسما، بر سطح PC مشاهده شد در حالی که هیچگونه تابش ناشی از تشکیل پلاسما براي CR-39 مشاهده نگردید.. علت این امر عموما" می تواند ناشی از بالا بودن آستانه CR-39 نسبت بهPC و نیز خواص پلیمري - ترموست - و چگالی بیشتر CR-39 وابسته باشد. در مرحله بعد، انرژي لیزر تا 90mJ/pulse افزایش داده شد تا میکرو پلاسما بر سطح هر دو پلیمر تشکیل گردد
به عبارت دیگر اینک چگالی توان لیزر بیش از آستانه تشکیل پلاسما در CR-39 است. در شکل 2 طیف - LIBS - مربوط به CR-39 نشان داده شده است که خطوط مربوط به طیف هاي اتمی و یونی عناصر تشکیل دهنده پلیمر - کربن، اکسیژن و هیدروژن - بخوبی در آن مشاهده می شوند. علاوه بر این خطوط نیتروژن یکبار یونیزه 500/15 nm - NII و nm - 404/131، ناشی از حضور این مولفه در هوا بخوبی در طیف فوق رویت می شود.
شکل :2 طیف LIBS پلیمر CR-39 در هوا - - 1 atm
قله هاي اکسیژن در این طیف می تواند مربوط به هر دو پلیمر و یا هوا باشد لذا به منظور بررسی قابلیت LIBS در تشخیص پلیمر بر اساس فرمول شیمیایی مونومرها به جاي هوا از گاز بافر دیگري استفاده شد تا خطوط غالب اکسیژن در هوا حذف گردد بنابراین محفظه آزمایش از هوا تخلیه و از گاز آرگون پر گردید. علت انتخاب آرگون آن است که مشخصات طیف LIBS در حضور هوا و آرگون مشابه می باشد.[7] شکل هاي - 3 - و - 4 - به ترتیب طیف LIBS نمونه هاي CR-39 و PC را در محیط آرگون در فشار 1200 mbar نشان می دهد
همچنان که مشاهده می شود قله هاي مربوط به خطوط نیتروژن تقریبا" ناپدید شده اند و شدت خطوط اکسیژن در طیف CR-39 در حضور گاز آرگون نسبت به طیف آن در هوا - شکل - 2 کاهش یافته است. با مقایسه بین دو شکل فوق مشاهده می شود که خطوط گسیلی در هر دو طیف یکسان و تنها تفاوت در شدت دامنه هاي قله ها می باشد.
شدت دامنه هاي خطوط گسیلی اکسیژن و هیدروژن در طیف LIBS مربوط به CR-39 نسبت به طیف PC بیشتر بوده در حالی که این امر در مورد شدت دامنه هاي گسیلی خط کربن برعکس می باشد. مقایسه بین مونومرهاي نشان دهنده کارایی روش LIBS در تشخیص بین این دو پلیمر بر اساس فرمول شیمیایی آنها است.
در این آزمایش اثرات ماتریسی به علت یکسانی عناصر تشکیل دهنده پلیمرها جزئی است و تنها خواص متفاوت پلیمري روي آن تاثیر گذار است.
شکل :3 طیف LIBS پلیمر CR-39 در گاز آرگون - 1200 mbar -
