پژوهش –403

یکشنبه 7 آبان 1396 ساعت 18:09
به نسبت چگالی عددی ذرات یونیزه شده به چگالی عددی کل ذرات ، درجه یونیزاسیون می گویند. پس اگر همه ذرات یونیزه شوند درجه یونیزاسیون یک است.[11] تعادل در پلاسماحالتی تعریف می شود که در آن حالت ، دمای الکترون، […]

  

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی دانشگاهی فنی تخصصی همه رشته ها – این سایت صرفا جهت کمک به گردآوری داده ها برای نگارش پژوهش های علمی و صرفه جویی در وقت پژوهشگران راه اندازی شده است

پژوهش –403

پژوهش –403

پژوهش –403

با توجه به اینکه تابع توزیع سرعت ماکسول ، همسانگرد است، میتوان مقدار متوسط Eav را برای سه بعد بدست آورد:
(1-4)
که برای هر درجه آزادی مقدار Eav ، 1/2KT می باشد.
چون T و Eav رابطه بسیار نزدیکی با هم دارند در نتیجه در فیزیک پلاسما معمولاً دما را بر حسب واحدهای انرژی بیان میکنند. برای اجتناب از اشتباه، در نشان دادن تعداد ابعاد موجود برای نشان دادن دما به جای Eav از انرژی متناظر باKT استفاده میکنند داریم:
(1-5)
ثابت بولتزمان
پس، میباشد،بنابراین،منظور از پلاسمای دو الکترون ولتی یعنی kT= 2ev است.
پلاسماهای مصنوعی و ساخته بشر در یک گسترده وسیعی از فشار و دمای الکترونی و چگالی الکترونی میباشند، که می توانند گاهی دارای دماهایی قابل مقایسه با دمای ستارگان باشند بیشتر پلاسماهای مورد کاربرد در آزمایشگاههای پلاسما از نوع تخلیه الکتریکی ، دمایی حدود ev 2-1 و چگالی الکترونی بین cm-3 108 – 106 دارند. [11]
مواردی که برای معادلات بالا در نظر گرفته شده به شرح زیر می باشد:
1) برخورد بین ذرات، مستقل ازمیدانها میباشد تا بتوانیم تابع توزیع سرعت فوق رابرای پلاسما به کار بریم.
2) حرکت ماکروسکوپی ذرات در اثر میدانهای خارجی میباشد.
3) تابع توزیع سرعت ذرات از حرکت ذرات ماکروسکوپی تعیین میشود.
پوشینه پلاسما
در سطوحی که پلاسما آغاز و ختم می شود و یا سایر سطوحی که می توانند میدان را به خود جذب کنند یک سری ذرات باردار انباشته میشود که دارای ضخامت کوچکی میباشد که به آن پوشینه پلاسما میگویند. هر چه بیشتر در عمق این پوشینه پیش رویم پتانسیل الکتریکی کمتر میشود.[15]
طول دبای
اگر داخل پلاسما یک گلوله باردار که متصل به یک منبع دارای پتانسیل قرار بگیرد، به عبارتی دارای پتانسیل الکتریکی ثابت باشد؛ این گلوله ذراتی با بارهای مخالف را جذب میکند و تقریباً بلافاصله ابری از یون ها اطراف گلوله منفی و یا ابری از الکترون ها اطراف گلوله مثبت ایجاد میشود.[10] که اگر معادله پواسون یک بعد برای ذرات با بار منفی در نظر بگیریم، آنگاه داریم:

(1-7)
XD : طول دبای است که می توان اطلاعاتی از جمله چگالی ذرات پلاسما را از آن استخراج کرد. اولین بار لانگمویر این کار را برای بدست آوردن اطلاعاتی از پلاسما بدست آورد که به روش پروب لانگمویر موسوم است.[15]
درجه یونیزاسیون
به نسبت چگالی عددی ذرات یونیزه شده به چگالی عددی کل ذرات ، درجه یونیزاسیون می گویند. پس اگر همه ذرات یونیزه شوند درجه یونیزاسیون یک است.[11]
تعادل در پلاسما
حالتی تعریف می شود که در آن حالت ، دمای الکترون، یون و ذرات خنثی با هم برابر باشند.[11]
تقسیمبندی پلاسماپلاسما را از نقطه نظرات گوناگون از لحاظ دما، درجه یوانیزاسیون، حالت تعادل و شکل الکترودها و ... تقسیمبندی میکنند.[16و17]
پلاسمای تعادلی و غیر تعادلی
پلاسمای تعادلی از قوانین تعادل ترمودینامیک پیروی میکند و دارای دمای یکسان در هر نقطه از فضا میباشد یونیزاسیون و فرایندهای شیمیایی در این گونه از پلاسما بوسیله دما تعیین میشود. پس در پلاسماهای تعادلی دمای الکترون ها و ذرات سنگینتر تقریباً با هم برابر است. در غیر این صورت، پلاسما، پلاسمای غیرتعادلی نامیده میشود و دمای الکترونها خیلی بیشتر از دمای ذرات سنگین است. از پلاسماهای تعادلی میتوان پلاسمای قوس الکتریکی در فشار اتمسفر را نام برد و پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان در فشارهای پایین از نوع پلاسماهای غیرتعادلی می باشد.[15]
تقسیم بندی پلاسما براساس درجه یونیزاسیون
پلاسمای کاملاً یونیزه
این گونه از پلاسما دارای درجه یونیزاسیون بالاتر از 90% میباشد و ذرات خنثی اثر کمی در این پلاسما دارند به این پلاسما، پلاسمای داغ نیز میگویند.[14و13]
پلاسمای اندکی یونیزه
درجه یونیزاسیون این گونه پلاسما کمتر از 1% می باشد و اثر الکترونها ، اثر موثر است. به این پلاسما، پلاسمای سرد نیز می گویند. [14و13]
پلاسمای بخشی یونیزه
درجه یونیزاسیون این پلاسما ، مابین پلاسمای کاملا یونیزه و پلاسمای اندکی یونیزه می باشد. پلاسمای اندکی یونیزه و پلاسمای بخشی یونیزه در بیشتر مواردساخته دست بشر یافت می شوند ولی پلاسمای کاملاً یونیزه در موارد معدودی مثل گداخت هسته ای یافت می شود و پلاسمای کاملاً یونیزه هیدروژن، بیشتر جهان را اشغال کرده است. و این گونه پلاسماها غیر تعادلی میباشند. [13]
پلاسماهای حرارتی و غیر حرارتی
در این تقسیم بندی، مقایسه دمای ذرات خنثی درون پلاسما و دمای احتراق گاز مورد استفاده درپلاسما در حالت عادی خارج از پلاسما ، مدنظر است.[17]
پلاسماهای گرمایی
در این نوع از پلاسما دمای ذرات گاز خنثی در شرایط معمولی از دمای احتراق و تجزیه همان گاز در حالت پلاسما کمتر یا مساوی است معمولاً در این گونه از پلاسماها، دمای الکترون و دمای سایر ذرات باهم برابر میشوند که در آن صورت جزو پلاسماهای تعادلی نیز قرار میگیرد. این گونه پلاسماها دمای کمی دارند.
پلاسماهای غیرگرمایی
در این گونه پلاسماها دمای ذرات گاز خنثی در پلاسما خیلی بیشتر از دمای احتراق گاز مورد استفاده در پلاسما است که دمای این گونه پلاسماها خیلی بالاست و معمولاً در این نوع پلاسماها دمای الکترون از دمای سایر ذرات خیلی بیشتر است که می توان ترتیب دمای ذرات مختلف را به صورت زیر نوشت:

Te : دمای الکترون
Tv : دمای مولکولهای تهییج شده لرزشی
Tr : دمای مولکولهای دارای حرکت چرخشی
Ti : دمای یونها
T0 : دمای ذرات سنگین خنثی
تحت شرایطی دمای الکترون می تواند حدود ev 1 (حدود 0k 000/10) باشد در حالی که دمای گاز در حد دمای اتاق است.
تقسیم بندی پلاسما براساس جریان و ولتاژ و فشار گاز پلاسما و شکل فیزیکی الکترودها
پلاسما را براساس مشخصههای جریان ، ولتاژ ، شکل فیزیکی الکترودها و فشار گاز هم، تقسیمبندی میکنند که می تواند بر حسب جریان مستقیم و متناوب در پلاسما و شکل الکترودهای آن به انواع تخلیه کرونا، تخلیه الکتریکی تابان و تخلیه قوس الکتریکی پلاسما و ... تقسیم شود که دو نوع آن در زیر مطرح شده است.[17]
پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان با جریان مستقیم (DC)
در این نوع پلاسما، الکترودها به صورت سطوحی صاف هستند که موازی یکدیگر قرار میگیرند و فشار در اینگونه پلاسماها، توسط دستگاههای ایجاد کننده خلا کاهش مییابد و در محدوده pas 100-10قرار میگیرد و ولتاژ در این پلاسماها در حدود V 5000-100 می باشد که این پلاسما در گستره پلاسماهای غیرتعادلی و غیرحرارتی می باشد که درآن دمای الکترونها بالاست ولی دمای یونها و ذرات خنثی پایین است.[15]
پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان با جریان متناوب در فرکانس رادیویی (RF)
در این نوع پلاسما هم، الکترودها به صورت سطوحی صاف هستند که موازی یکدیگر قرار می گیرند و فشار نیز، مشابه حالت بالا در محدوده pas 100-10 قرار می گیرد و ولتاژ نیز در حدود V 5000-100 ولی به صورت متناوب می باشد و فرکانس تغییر ولتاژ در مقیاس فرکانس امواج رادیویی از مرتبه مگاهرتز می باشد؛ و با تغییر جهت میدان الکتریکی در پلاسما، جهت حرکت ا لکترونها و یونها تغییر میکند و فرکانسی که به طور معمول به کار می رود MHz56/13 است تا از تاثیر امواج ایجاد شده بر سایر دستگاههایی که از امواج استفاده میکنند جلوگیری شود.[15]
پلاسماهای غیرحرارتی معمولا در فشار پایین و توانهای پایین تولید میشوند و در تخلیه الکتریکی تابان، این نوع از پلاسما ایجاد میشود.[17]
تولید پلاسمادر فرایند تولید پلاسما الکترون از گاز خنثی گرفته میشود و اتم ها و مولکول های گاز ، یونیزه میشوند و پس از آن آبشاری از واکنشها و انتقالات انرژی بین ذرات؛ و ذرات و سطوح میتواند رخ دهد. پس انرژی مورد استفاده ، برای تخلیه الکتریکی برای یونیزاسیون گاز به کار می رود. واژه یونیزه به این مفهوم است که حداقل یک الکترون از اتم یا مولکول گرفته شود و در پلاسمای معمولی حداکثر یک الکترون از اتم یا مولکول گرفته میشود و اتم یا یون یک بار مثبت تولید میکند. [18]
برخورد در پلاسمابا توجه به وجود ذرات مختلف ، این ذرات می توانند با یکدیگر برخورد کرده و انرژیهایی را به یکدیگر انتقال دهند و فشار موجود در پلاسما به دلیل وجود این برخوردهای الاستیک و غیرالاستیک و در نتیجه آن، برخورد با دیوارهها طبق نظریه جنبشی گاز محاسبه میشود پس برخوردها در پلاسما به دو نوع الاستیک و غیرالاستیک تقسیم می شوند.[18و15]
برخورد الاستیک
در این نوع برخوردها ، انتقال انرژی جنبشی از یک ذره به صورت انرژی جنبشی ذره دیگر ظاهر میشود.[18]
برخورد غیر الاستیک
در این نوع برخوردها ، انتقال انرژی از انرژی جنبشی ذرات برخورد کننده به انرژی درونی آن ها تبدیل میشود و می تواند باعث برخی فرایندها مثل یونیزاسیون در آن شود.[18]
واکنشهای پلاسمادر پلاسما در نتیجهی برخوردها، واکنشهایی صورت میگیرد که از آن جمله میتوان به یونیزاسیون در نتیجه برخورد ذرات موجود در پلاسما با یکدیگر، فوتویونیزاسیون به دلیل برخورد فوتونهای پرانرژی با ذرات و یونیزاسیون سطحی در اثر برخورد ذرات و فوتونها با سطح اشاره کرد.[11] و از نظر دیگر میتوان واکنشهای پلاسما را به دو دسته همگن و ناهمگن تقسیم کرد.[19]

واکنشهای جدا کننده

واکنش های ناهمگن
این واکنشها از برهمکنش سطح جامد با پلاسما ایجاد می شود.[19]
جذب سطحی
مولکول M یا رادیکال R یا مونومر M از پلاسما بوسیله سطح جذب می شود.[19]

کندوپاش
یک یون که با سطح برخورد می کند و موجب انتقال اندازه حرکت می شود ، باعث خروج یک اتم از سطح می شود. برای فرایند کندوپاش ، ذرات باید دارای انرژی ev30-20 باشند[19] و برای این کار معمولا گازهای آرگون ، تترافلوئوروکربن و هلیوم به کار می روند اتم های اسپاترشده دوباره میتوانند در فاز جامد بر روی سطحی دلخواه در پلاسما متراکم شوند که برای تولید فیلم نازک بخصوص در صنعت نیمههادی مورد استفاده قرار میگیرد.[11و15]
اچینگ
در پلاسماهای تخلیه الکتریکی ، گونهها و ذرات فعالی تولید میشوند که میتوانند با سطح برخورد کنند و واکنشهایی انجام دهند و سپس محصول نهایی را از سطح جدا کنند که بدین صورت عمق قابل توجهی از سطح مواد را، اچ میکند. به عنوان مثال پلاسمای گاز CF4 ، دارای اتمهای فلوئور میباشد و ذرات ایجادشده می توانند واکنش زیر را انجام دهند و ذراتی رااز سطح جدا کنند.[19و15]
Si(s)+4F→Si F(g)
شکل STYLEREF 1 \s ‏1 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 3 : نحوه انجام اچینگ [21]پلیمرپلیمر متشکل از مولکولهای بزرگی است که از تعدادی مولکول کوچک (مونومر) ساخته میشود و به فرایندی که طی آن مولکولهای کوچک به هم وصل میشوند پلیمریزاسیون میگویند.[22] و هر چه این واحدهای مولکولی بیشتر باشد ، وزن مولکولی پلیمر نیز بیشتر میشود این مولکولهای بزرگ میتوانند خطی یا شاخهدار یا دارای اتصالات داخلی متعددی باشند در صورت وجود اتصالات داخلی، شبکهای بزرگ ومعمولا سه بعدی ایجاد میکنند. در زنجیرههای پلیمری اتمهایی همانند اکسیژن، هیدروژن، کربن، سیلیکون، کلر ، فلوئور و گوگرد میتوانند قرار بگیرند.[23]
درجه پلیمریزاسیوناندازه یک مولکول پلیمر میتواند برحسب جرم آن ، یا واحدهای تکرار شونده در مولکول، بدست آید. تعداد این واحدها، درجه پلیمریزاسیون (DP) نامیده میشود. بنابراین جرم مولی نسبی پلیمر، از حاصلضرب جرم مولی نسبی واحد تکرار شونده در DP بدست میآید.[22]
تاریخچه پیدایش پلیمرهاواژه پلیمر از کلمات یونانی poly به معنی بسیار و meros به معنی قسمت گرفته شده است؛ بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید با استفاده از مواد آلی (عمدتاً هیدرو کربنها) که در طبیعت یافت می شد موفق به تولید مواد مصنوعی شد که این مواد عمدتاً شامل عنصرهای کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن ، گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروفند. و امروزه به مولکول های غول آسایی (ماکرومولکول) اطلاق می شود که از واحدهای مونومری متعدد دارای اتصالات داخلی ساخته می شود. واژه ماکرومولکول را در دهه 1920 ، هرمان اشتودینگر ابداع کرد این واژه به معنی مولکول بزرگ بود و ریشه یونانی داشت که امروزه برای پلیمر به کار می رود، اگر چه این دو واژه امروزه، دقیقا هممعنی نیستند. در حدود سال 1930 ، اشتودینگر و سایرین شواهدی را مبنی بر فرضیه ماکرومولکولی جمع آوری کردند بخش نهایی در این باره توسط والاس کاروترز آشکار شد وسپس نه تنهارابطه بین ساختار و خواص برای تعدادی از پلیمرها توسط اشتودینگر آشکار شد ؛ بلکه موادی از جمله لاستیک نئوپرن و نایلونها نیز توسط او تولید شد که اهمیت اقتصادی زیادی داشتند.[22]
خواص پلیمرپلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتاً خوبی دارند آنها دارای چگالی پایین نسبت به مواد فلزی هستند و پایداری خوبی در مقابل برخی مواد شیمیایی دارند ، بعضی از آن ها شفاف بوده و می توانند جایگزین شیشه شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند اما پلیمرهای خاصی، قابلیت هدایت الکتریکی از خود نشان می دهند. عایق بودن بسیاری از این پلیمرها بدلیل پیوند کوالانسی موجود بین اتم ها در زنجیرههای مولکولی میباشد. ولی با نفوذ دادن عناصری مثل فلزهای قلیایی، هالوژنها و رنگینهها (فرآیند آلاییدن) به زنجیرهای مولکولی این مواد ، میتوان نیمه هادیهای پلیمری از نوع N و P بدست آورد.[24]
دمای گذار شیشهای برای پلیمر (Tg)برای پلیمرها در پایین تر از این دما ، پلیمر سخت و شکننده می شود مثل پلاستیکی که در زمستان و در هوای سرد قرار داده می شود. برخی پلیمرها در پایین تر از دمای Tg و برخی دیگر در بالاتر از دمای Tg به کار میروند.[25]
دمای گذار شیشهای برای فیلم های نازک پلیمری
دمای گذار شیشهای پلیمر برای سطح آن میتواند کمتر از دمای Tgبرای حجم پلیمر باشد[25] که دلایلی که برای این امر در نظر میگیرند عبارتند از:
1)فضای آزاد بیشتری برای سطح وجود دارد.
2)زنجیرههای پلیمر نزدیک سطح راحتتر میتوانند بشکنند.
پس دمای انتقال شیشهای فیلمهای پلیمری با کاهش ضخامت فیلم، کاهش مییابد.به عنوان مثال انرژی پیوند ساده C-C برای پلیمرها، بین kJ/mole347 تا kJ/mole356 میباشد که این مقدار در سطح پلیمرها کاهش مییابد.[11]
طبقهبندی پلیمرهاروشهای متعددی برای طبقهبندی پلیمرها وجود دارد، میتوان پلیمرها را براساس رفتار در برابر حرارت، پلیمریزاسیون، آرایش مولکولی، خواص مکانیکی- حرارتی، ساختار مولکولی و نظم فضایی و...تقسیم کرد.
طبقه بندی پلیمرها از لحاظ رفتار حرارتی آنها
پلیمرهای گرمانرم(ترموپلاستیک )
ترموپلاستیکها ،پلیمرهایی هستند که هنگام حرارتدهی، ذوب شده و هنگام سردکردن ، جامد میشوند ترموپلاستها، مولکولهایی خطی و یا مولکولهایی با شاخههای کم هستند.این پلیمرها میتوانند به دفعات ذوب و دوباره جامد شوند چنین پلیمرهایی درحالت مذاب مانند مایعات جاری میشوند پلیمرهای گرمانرم در دمای بیش از دمای انتقال شیشهای ((Tg خود منعطف هستند و در دمای کمتر از نقطه ذوب خود حاوی مناطق بلورینی هستند که بین نواحی بیشکل قرار دارند. نواحی بیشکل ، ویژگی کشسانی و نواحی بلورین ، استحکام و صلبیت به ماده میبخشند و در دمای بیش از نقطه ذوب ، نواحی بلورین از بین رفته و گرانروی به شدت کاهش مییابد. تقریباً 85% از پلیمرهای تولیدی در سراسر دنیا ترموپلاستیک هستند.[22]
پلیمرهای گرماسخت(ترموست )
ترموستها، پلیمرهایی هستند که هنگام حرارتدهی ذوب نشده و در دماهای بسیار بالا به صورت برگشتناپذیر تجزیه میشوند. ترموستها معمولا ترکیباتی با اتصالات عرضی و شبکه سه بعدی گسترده از پیوندهای شیمیایی هستند. در این پلیمرها در اثر حرارت پیوندهای عرضی با واکنش های شیمیایی ایجاد میشود در نتیجه وزن مولکولی متوسط آنها بالا رفته و به حالت یکپارچه صلب در میآیند. اتمهای کربن تمایل به تشکیل پیوندهای کووالانسی محکمی دارند بدین ترتیب میتوانند زنجیرهها و حلقههای کوچک و بزرگ بسیاری ایجاد کنند و این ویژگی سبب شده که از کربن ترکیبات شیمیایی بیشماری بوجود آید.[22]
تقسیم بندی پلیمرها برمبنای ماهیت واکنشهای شیمیایی
این سیستم طبقهبندی توسط کاروترز در سال 1929 ارائه شد که بر مبنای ماهیت واکنشهای شیمیایی انجام شده در پلیمریزاسیون میباشد.[22و23]
پلیمرهای تراکمی
پلیمرهای تراکمی، پلیمرهایی هستند که در هنگام واکنش پلیمریزاسیون مولکولهایی کوچک مثل آب تشکیل میشوند.
پلیمرهای اضافی
پلیمرهای اضافی، پلیمرهایی هستند که از واکنشهای اضافی یک مونومر غیر اشباع تهیه میشوند.
تقسیم بندی پلیمرها براساس آرایش مولکولی
آرایش ویژه کربنهای نامتقارن سبب ایجاد سه نوع آرایش مولکولی پلیمر میشود که مربوط به استریوشیمی پلیمر است که به آن تاکتیسیته میگویند. [26]
ایزوتاکتیک
در این آرایش پلیمری، تمام اتم های کربن پیکربندی یکسانی دارند.
سیندیوتاکتیک
وضعیتی است که در آن، آرایش اتمهای کربن، نامتقارن ولی به طور منظم تغییر میکند.
آتاکتیک
وضعیتی است که نظمی در آرایش اتمهای نامتقارن کربن وجود نداشته باشد.
تقسیم بندی براساس نظم فضایی یک سری از مولکولهای پلیمر
حالت بلوری پلیمر
یکی از عوامل مهم در ایجاد حالت بلوری در پلیمرها، ایجاد نوعی نظم فضایی است. و اگر مولکول های پلیمر به صورت منظم قرار بگیرند باعث میشود که پلیمر، شکل بلوری داشته باشد و بسیاری از پلیمرها، حالت بلوری جزئی را نشان می دهند. این امر توسط تفرق اشعه X تایید می شود. پس مناطق بلوری از اجزائی با نظم فضایی در ماکرومولکولها تشکیل میشوند که ماهیت فرایند پلیمریزاسیون را نشان میدهند. [22]
حالت بیشکل پلیمر
زمانی که ماکرومولکولها در پلیمر دارای نظم فضایی نباشند آنگاه دارای شکل آمورف هستند. به عبارتی پلیمرهای غیر بلوری، آنهایی هستند که دارای بینظمی زیادی در ساختار خود هستند؛ منشا چنین بینظمیهایی اکثرا حضور چند مونومر مختلف در ترکیب پلیمر میباشد.[22]
ویژگیهای مکانیکی و حرارتی
پلیمرها را براساس ماهیت مواد پلیمری و تشخیص شیشه ای بودن، پلاستیکی بودن و قابلیت تشکیل الیاف نیز بر همین اساس تقسیم بندی می کنند.[23]
تقسیم بندی پلیمرها از لحاظ ساختار شیمیایی
پلیمرها براساس ساختارهای مولکولی خود به دو نوع خطی و شاخهای تقسیم میشوند[26]:
پلیمرهای خطی
در این پلیمرها مونومرها در راستای یک خط به صورت سر به سر یا سر به دم به یکدیگر وصل میشوند.
پلیمرهای شاخه ای
در این نوع پلیمرها مونومرها به صورت عرضی نیز در طول یک پلیمر دارای پیوند و شاخههای کوتاه و طولانی میشوند.
پیوندهای عرضی در پلیمرهاماکرومولکولها میتوانند توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر وصل شوند وجود این پیوندها بر خواص شیمیایی و فیزیکی پلیمرها اثر می گذارد پلیمرهای فاقد اتصال عرضی عموماً در دمای بالا ذوب و جاری میشوند پس ترموپلاستیک هستند، در حالی که در پلیمرهای دارای اتصال عرضی بدلیل محدودیت در حرکت مولکولی قادر به ذوب نیستند و در دماهای بالاتر به صورت برگشتناپذیر تجزیه میشوند. وجود اتصالات عرضی باعث شکننده شدن پلیمر نیز میشود.[24]
پلاسما و پلیمرسطوح پلیمرها و برهمکنشهاسطح برخی مواد میتواند دارای خواص متفاوتی از حجم داخلی آن ماده باشد که این تفاوتها میتوانند تفاوتهای فیزیکی، شیمیایی و یا هردو باشند و با توجه به اینکه انواع اثرگذاری محیط و شروع واکنشها از سطح میباشد پس سطح مواد و برهمکنشهای آن در مهندسی و ساخت دارای اهمیت میباشد. در همین راستا سطوح پلیمرها و برهمکنشهای آن با محیط مورد توجه میباشد که در حالت کلی چهار نوع برهمکنش برای سطوح پلیمر در نظر میگیرند[25]:
الف) واکنش برای سطوح پلیمرهایی که درمعرض هوا و دید و تماس انسان واقع میشوند مثل اکسیداسیون.
ب) برهمکنش پلیمرهایی که درمعرض محلول قرار میگیرندکه میتواند باعث جذب سطحی پلیمرشود.
ج) برهمکنش پلیمر- پلیمر همسان: که دو پلیمر همسان در تماس با یکدیگر واقع میشوند.
د) برهمکنش پلیمر- پلیمر غیرهمسان: که دو پلیمر مختلف در تماس با یکدیگر قرار میگیرند.
و) برهم کنش پلیمر با غیر پلیمر: که پلیمر با موادی غیر پلیمری در تماس قرار میگیرد.
عملیات اصلاح سطحبه عملیاتی گفته میشود که از لحاظ فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی ، سطح را تغییر دهد که روی جامدات انجام میشود که البته برای سطح برخی مایعات نیز به کار میرود.[27]
عملیات اصلاح سطح برای پلیمرها
سطح پلیمر را می توان با عملیاتی نظیر عملیات حرارتی ، تابش و پلاسما مورد اصلاح و تغییر قرار داد که میتواند منجر به شکست برخی از پیوندها و جداسازی برخی از گروه های عاملی از سطح شود [28]که در روش پلاسما علاوه بر موارد بالا میتوان برخی مواد را روی سطح رسوب داد بدون اینکه مشخصههای درون حجم پلیمر تغییر کند[29] (رسوب فیلم) و یا میتوان برخی از پیوندهای جدید روی سطح پلیمر ایجاد نمود(گرافتینگ) و یا اینکه میتوان برخی از شبکه های پلیمری جدید روی سطح ایجاد نمود (پیوندهای شاخه ای پلیمرها) و همچنین میتوان عمل پلیمریزاسیون را روی سطح انجام داد.[11]
در حالت کلی اثر پلاسما روی سطح برای بهبود ترپذیری و چسبندگی پلیمر و افزایش مقاومت مکانیکی و شیمیایی و فیزیکی پلیمر برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و این اثر تا عمق µm 05/0 تا µm 0005/0 صورت میگیرد ولی حجم درون پلیمر را بدون تاثیر باقی میگذارد.[30]
پلاسمای مطلوب برای عملیات اصلاح سطح پلاسمای تخلیه تابان الکتریکی با ولتاژ متناوب میباشد.[17]
از مزایای مهم اصلاح سطح بوسیله پلاسما[31]
1)اثر یکنواختی روی سطح باقی میگذارد.
2)دارای سرعت مناسبی است و در زمان صرفه جویی میشود.
3)برخی آسیب های گرمایی در این روش وجود ندارد.
فرایند کاسلاز فرایندهای مهمی که در تاثیر پلاسما روی پلیمر رخ میدهد فرایند کاسل میباشد که در آن تجزیه هیدروکربنها در پلاسما منجر به تولید هیدروکربنهای سیر نشده و هیدروژن به عنوان محصول نهایی میشود.[11]
CH4→CH2+H2که این مورد توسط کاسل در سال 1932 بیان شد. تجزیه گرمایی متان منجر به تولید رادیکالهای CH2 میشود و البته رادیکال های دیگر مثل CH6 نیز تولید میشود ولی تمرکز کاسل روی رادیکالهای CH2 بود که منجر به تبدیل متان به اتان میشد.در زیر برخی از واکنشهایی که میتواند رخ دهد ارائه شده است.
CH4+CH2→C2H6C2H6→C2H4+H2C2H4→C2H2+H2C2H2→2C(s)+H2پس در فرایند اثر پلاسما بر پلیمر گازهای مختلفی نظیر متان ، اتان ، هیدروژن و ... تولید میگردد.
پدیده کو انچینگدر این پدیده با توجه به وجود گازها و ذرات مختلف در پلاسمایی که پلیمر را تحت تاثیر قرار میدهد و یا از تاثیر پلاسما بر پلیمر بوجود میآید یک مولکول تهییج شده از یک گاز باعث تهییج مولکول دیگر از گاز دیگر شده و خود به حالت پایه برمیگردد. و این پدیده از مواردی است که در اثر پلاسما روی پلیمر مورد توجه قرار میگیرد.[11]
فوتو فیزیکفوتوفیزیک علم برهمکنش نور با ماده است که در آن میتواند جذب ، انتقال ، مکانیابی، و تخمین انرژی الکترومغناطیسی بدون هیچ واکنش شیمیایی رخ دهد. ودر پلاسما با نظر به اینکه فوتون هایی از ذرات گسیل میشود تاثیر فوتوفیزیکی آنها میتواند مورد توجه قرار گیرد.[25]
فوتو شیمیفرایندهای برهمکنش نور با ماده را بررسی میکند که شامل واکنش های شیمیایی میشود.که در پلاسما ، این مورد نیز میتواند بر ماده اثراتی باقی بگذارد.[25]
رنگینه آزورنگینههای آزو بزرگترین گروه شیمیایی رنگهای صنعتی میباشند و دارای تنوع رنگی گستردهای هستند [32] و میتوانند در دینامیک مولکولی و ذخیره اطلاعات به صورت اپتیکی و سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار بگیرند و همچنین دارای خواصی هستند که در اپتیک غیرخطی (NLO) به کار میروند. از موارد مهمی که برای رنگینه ها در شرایط مختلف مورد مطالعه قرار میگیرند طول موجهای جذبی است که در آن انتقالات الکترونی اتفاق می افتد و همچنین میتوان به گشتاور دو قطبی، شکل و ساختار رنگینهها اشاره کرد.[33]
آزو بنزنآزوبنزنهای آروماتیک از موارد مهم سویچ زنی مولکولی هستند زیرا میتوانند در دو شکل ایزومری ترانس (E) و سیس (Z) قرار گیرند که این دو شکل ایزومری از طریق فوتوفیزیکی و گرمایی به هم تبدیل میشوند. که این تبدیل فرم باعث حرکت مولکولی و تغییر مشخصههای هندسی میشود.آزوبنزن اولین بار در سال 1833 مطرح شد و در سال 1937 ، هارتلی تاثیر نور را بر پیکربندی آن حول پیوند دوگانه N=N مورد مطالعه قرار داد.آزوبنزنها مولکولهایی آلی هستند که دو حلقه آروماتیک متصل به گروه آزو دارند و همچنین آزوبنزنها ترکیباتی رنگی هستند و جزو رنگینهها محسوب می شوند.[34]
آزو بنزن در حالت ترانس، تحت تاثیر تابش، به ایزومر سیس تبدیل میشود و این فرایند برگشتپذیر میباشد و ایزومر سیس یا بوسیله تابش با طول موج بلندتر و یا با آزادسازی انرژی گرمایی تبدیل به ترانس میشود. فرایند ایزومریزاسیون از ترانس به سیس باعث کاهش فاصله دوکربن موجود در موقعیت پارا در حلقه آروماتیک از A 9/0 به A 5/5 میشود. آزوبنزن ترانس ممان دوقطبی ندارد درحالی که آزوبنزن سیس ممان دوقطبی در حدود D 3/0 دارد.[34]
طیف جذبی آزوبنزن ، دو جذب برای انتقال الکترونی π→π* و n→π* نشان می دهد که انتقال π→π* در طول موج کوتاهتر و انرژی بیشتر رخ میدهد.ترکیبات آزوی آرماتیک بر اساس انتقال الکترونی π→π* و n→π* و شکل مولکولیشان به سه دسته تقسیم میشوند[34]:
1)نوع آزوبنزن : جذب π→π* خیلی شدید و در ناحیه ماوراء بنفش و یک جذب ضعیفتر برای n→π* در ناحیه مرئی وجود دارد.
2)نوع آمینوآزوبنزن : جذب های π→π* و n→π* خیلی نزدیک به هم و تقریباً روی هم و در ناحیه طول موجهای کوتاهتر نزدیک ناحیه ماوراء بنفش و در قسمت نور مرئی اتفاق می افتد این ترکیبات دارای یک استخلاف دهنده یا گیرنده الکترون می باشند.
3)نوع سودو استیلین: جذب π→π* به سمت قرمز انتقال مییابد و دارای استخلاف دهنده در یک سو و گیرنده در سوی دیگر می باشد.
ایزومر ترانس
در ایزومر ترانس باند جذبی π→π* خیلی شدید است درحالی که باند دوم n→π* ضعیفتر است.[34]
ایزومر سیس
باند جذبی π→π* به سمت طول موج های کوتاهتر انتقال می یابد (اثر هیپسو کرومی) و انتقال الکترونی n→π* اجازه خودنمایی در طیف می یابد.[34]
تبدیل ترانس به سیس و یا بالعکس دارای یک فرایند چرخشی می باشد.[34]

STYLEREF 1 \s ‏1 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 4 : نحوه تبدیل ایزومر ترانس به سیس و بالعکس[34] طیفسنجی جذبی
براساس اندازهگیری میزان نور عبوری بایک طول موج داده شده (T) یا جذب شده (A) بدست میآید که نمونه میگذرد.[34]
یک تابش تک رنگ با پرتوهای موازی با توان عبوری P0 از یک سلول شفاف با طول عبوری b که شامل یک محلول جذب کننده میباشد میگذرد. حال سطح مقطع را ds و ضخامت را dx و تعداد گونههای جذبکننده را dn در نظر میگیریم.
توان پرتوی ورودی به این بخش متناسب با تعداد فوتونهای عبوری به ازای واحد سطح میباشد. اگر dpx توان تابشی جذب شده باشد داریم:
(1-8) -dpxpx=dss(1-9) ds=a.dx
a : ثابت جذب
-popdpxpx=.na.dns -lnpp0=anslogpxp=an2.303sغلظت C=n6.023×1023m.l×1000cm3lV(cm3)=1000n3.023×1023V m.ll(1-10) logp.p=6.023×1023ahc2.303 ×1000 تمام ثابت ها در معادله بالا به صورت ε در نظر گرفته میشوند.
(1-11) logp.p=εbc=A که قانون بیر- لامبریت را بیان میکند قانون بیر مربوط به جذب به ازای غلظت است و قانون لامبرت مربوط به طول عبوری b است.
(1-12) logp.p(1-13) A=log1T=-logTپلیمرهای آلاییدهپلیمرهای آلاییده دارای کاربردهای متنوعی در صنعت میباشند تغییراتی در ساختار و مشخصههای فیزیکی و شیمیایی پلیمرآلاییده نسبت به پلیمر ساده وجود دارد که به طبیعت شیمیایی ماده آلاییده و اندرکنش آن با ماتریس پلیمری میزبان بستگی دارد.[36و35] مشارکت کروموفورهای آزو در پلیمر میزبان مشخصههای ساختاری و فیزیکی آنها را بهبود میبخشد.
دو روش مهم برای الحاق رنگینه به پلیمر وجود دارد:
1)ایجاد یک محلول که در طی آن رنگینه به عنوان میهمان و پلیمر به عنوان میزبان در نظر گرفته میشود.
2)اتصال شیمیایی رنگینه به زنجیره پلیمر که به وسیله واکنش پلیمریزاسیون رخ میدهد.
الحاق رنگینه به هر دو روش بالا میتواند ممان دوقطبی را ایجاد کند.[34]
رنگینههای آلی میتوانند دارای ساختارهای مولکولی مزدوج و استخلاف به صورت گروههای دهنده و پذیرنده الکترون و در نتیجه دارای ممان دوقطبی بزرگی باشند، بعلاوه میتوانند توانایی گذردهی الکتریکی و ثابتهای الکترواپتیکی یک سیستم را تغییر دهند.[34]
فصل دوم
مواد ، دستگاهها
و روشها
فصل دوم : مواد و دستگاههای مورد استفاده و روشهادر این فصل ابتدا به معرفی مواد به کار رفته شده در این کار تجربی پرداخته وسپس به بررسی اجمالی دستگاههای مورد استفاده در این پژوهش میپردازیم، و در نهایت به شیوه آزمایش و چگونگی تجزیه و تحلیل اطلاعات می‌پردازیم.
موادابتدا به معرفی مواد به کار رفته در این پژوهش میپردازیم.
پلیمر پلی متیل متاکریلاتپلیمر مورد استفاده در این کار پلیمر پلی متیل متاکریلات (PMMA) میباشد که به صورت پودر است. این ماده، پلیمری سخت و شفاف با فرمول مولکولی(C5O2H8)n میباشد و دارای دمای انتقال شیشهای 125 درجه سانتیگراد میباشد ویک ماده قطبی با ثابت دیالکتریک بزرگ است و میتواند ضریب شکست 49/1 ایجاد کند ونقطه جوش آن 160 درجه سانتیگراد است.[37] ساختار مولکولی این پلیمر به صورت زیر است.

شکل STYLEREF 1 \s ‏2 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 1 : ساختار مولکولی پلیمر PMMA [6]پلیمر PMMA دارای مقاومت بالا در مقابل هواست و میتواند به جای شیشه در برخی کاربردها به کار رود. PMMA یک ماده ترموپلاستیک با سختی مناسب میباشد و عایق مناسبی برای کاربردهای الکتریکی است. این پلیمر هم دارای گروه هیدروفوبیک به دلیل وجود متیلن و هم دارای گروه هیدروفیلیک به دلیل حضور کربونیل در ساختارش میباشد ولی در حالت کلی سطوح این پلیمر هیدروفیلیک و دارای انرژی سطح پایینی میباشد. از ضعفهای PMMA میتوان به خاصیت شکنندگی و مقاومت شیمیایی پایین در برابر برخی حلالهای آلی قطبی اشاره کرد. برخی از خواص نامطلوب سطح پلیمرPMMA را میتوان با انجام عملیاتی تاحدودی برطرف کرد.[36] که یکی از این کارها در معرض پلاسما قراردادن پلیمر است از اثرات پلاسما روی پلیمر پلی متیل متاکریلات تشکیل پیوندهای سیرنشده و ایجاد رنگ زرد رقیق در پلیمر و تشکیل پیوندهای دوگانه مزدوج است که مسئول رنگ زرد در ترکیبات آلی میباشد.[11]
حلال دی کلرو متاناین حلال از شرکت merck خریداری شده و از درجه خلوص بالایی برخوردار بوده و نیازی به خالصسازی بیشتر نمیباشد و دارای گذردهی الکتریکی93/8 و ضریب شکست 4242/1 میباشد. فرمول مولکولی دی کلرومتانCH2CL2 میباشد و جرم مولی این مایع بی رنگ gr/mol 93/84 میباشد. دمای جوش این حلال °c6/39 است پس بسیار فرار است.
پلیمرهای دارای گروههای عاملی قطبی مثل پلیمتیلمتا کریلات به راحتی میتوانند در این حلال حل شوند که محلول حاصل دارای ویسکوزیته پایینی میباشد.
رنگینه آمینوآزوبنزن aniline yellow این رنگینه یک آمین آروماتیک از گروه آمینوآزوبنزن میباشد و از اولین سری از رنگینههای آزوی سنتزشده در آزمایشگاه است که دارای رنگ نارنجی میباشد. فرمول مولکولی آن بصورت C6H5N=NC6H4NH2 میباشد[39]. ودارای جرم مولی 24/197 گرم بر مول میباشد. ساختار مولکولی آن به صورت زیر است:

شکل STYLEREF 1 \s ‏2 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 2 : سمت راست : ساختار مولکولی سمت چپ : مدل مولکولی رنگینه aniline yellow برگرفته از سایت ویکیپدیاروش تهیه نمونهبرای درست کردن نمونه ها، ابتدا یک محلول مادر تهیه میکنیم. برای تهیه آن cc25 از محلول دیکلرومتان را برمیداریم و به آن gr 2/0 از پودرPMMA اضافه میکنیم سپس آن را در دستگاه اولتراسونیک قرار میدهیم تا کاملا حل شود.
از این محلول تهیه شده cc 2 را در لوله آزمایش میریزیم و علامت میزنیم و دوباره cc 2 دیگر در آن میریزیم و بعد رنگینه آزو را به مقدار 1 درصد وزنی پلیمر موجود در cc 2 به آن اضافه میکنیم که مقدار رنگینه بایدgr 00016/0باشد. حال دوباره محلول را در دستگاه اولتراسونیک قرار می دهیم تا محلول کاملا همگن شود و بعد با استفاده از دستگاه اسپین کوتر از این محلول لایههای نازک پلیمری آلاییده با رنگینه روی زیر لایه شیشهای تهیه میکنیم.لازم به ذکر است که زیرلایه قبلا توسط آب مقطر،استون و الکل به خوبی شستشو داده شده است و کاملا خشک شده است.

پژوهش

دسته‌بندی نشده

No description. Please update your profile.

LEAVE COMMENT

نظرات (0)
امکان ثبت نظر جدید برای این مطلب وجود ندارد.