بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانو: استفاده از لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064 نسخه متنی

اینجــــا یک کتابخانه دیجیتالی است

با بیش از 100000 منبع الکترونیکی رایگان به زبان فارسی ، عربی و انگلیسی

بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانو: استفاده از لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064 - نسخه متنی

زهرا فیلی

| نمايش فراداده ، افزودن یک نقد و بررسی
افزودن به کتابخانه شخصی
ارسال به دوستان
جستجو در متن کتاب
بیشتر
تنظیمات قلم

فونت

اندازه قلم

+ - پیش فرض

حالت نمایش

روز نیمروز شب
جستجو در لغت نامه
بیشتر
توضیحات
افزودن یادداشت جدید

بهبود سطوح شيشه اي در مقياس نانو : استفاده از ليزر ضربه اي با طول موج nm 1064 (

خانم مهندس زهرا فيلي كارشناس مسول طرح وتوسعه سازمان صنايع ومعادن خراسان رضوي





ما روشي را براي ساخت نمونه هاي در مقياس نانو بر روي شيشه بوروسيليکات با استفاده از ليزر نئوديميم : ايتريوم - آلومينيم (NM1064-NS10) و با استفاده از يک نانو سيستمهاي کروي ارائه مي نمائيم . اعتقاد بر اين است که جذب غير خطي منطقه نوري ايجاد شده بين ذرات کروي نمونه و شيشه.دليل اوليه براي ايجاد اشکال نانوني بر بستر شيشه است با تاباندن پرتوي اشعه ليزر از پشت نمونه شيشه . اثرات انعکاس به حداقل رسيده و براي طرح دادن و نقش دار کردن سطح . فقط از تقويت منطقه به طور مستقيم . به دليل وجود ذرات کروي استفاده مي شود . براي اثبات اين امر . محاسباتي براساس تئوري پراکنشmie صورت گرفت و اهميت نتايج به دست آمده عنوان تابعي از زوايا و جهات پراکنش ارائه گرديد. بنابراين اشکال در مقياس نانو به دست آمده با اين روش داراي قطرnm350 هستند و فاصله بين آنها حدودnm640 است که همانند اندازه ذرات کروي به کار رفته مي باشد . پتانسيل بالاي شيشه هاي بوروسيليکاتي باعث شده که کاربرد وسيعي در زمينه بسته بندي و ميکروتکنولوژيها مشابه طرحهاي بيوشيمي و ميکرونورها داشته باشد . علاوه بر پايداري شيميائي . نوري و مکانيکي آنها . همچنين شيشه هاي بوروسيليکاتي در فرايندهاي همانندسازي (تکثير) مقاومت و ثبات گره مکانيکي لازم را دارا مي باشند اين امر منجر به انجام تحقيقات بسياري در مورد ويژگيهاي پروسه مواردي الکتريک شده است

به طور کلي به دليل ماهيت خنثي وبي اثرآنها بسيار مشکل است آنها را به وسيله متداولترين تکنيکهاي ماشيني ايجاد نمودو ساخت . ميکرو ماشينهاي ليزري يک روش موثر براي توليد و ساخت ماشيني مواد شيشه است . با اين وجود جذب خطي براي شيشه ها بسيار کم و پايين است و آستانه جذب آنها نزديک nm2310 مي باشد . بنابر اين در پروسه مواد شيشه اي از ليزرهاي بسيارقوي uv وco2 بايستي مورد استفاده قرار گيرد . مکانيسم آسيب و صدمه توسط پالسهاي در حد نانو ثانيه به گرماي الکترونهاي رسانس بوسيله پرتوي تابشي و انتقال اين انرژي به شبکه مربوطه مي شود. اين صدمه از طريق انتقال حرارت ذخيره شده ناشي از ذوب شدن و به جوش آمدن ماده دي الکتريک رخ ميدهد.

جذب بسيار کم سطح مقطع مواد بين باندهاي بزرگ به ليزري باشدت بالا احتياج دارد تاجذب انرژي مناسبي رادر مواد براي جابجائي مواد ماکروسکوپي بوجود آورد . شدت حساسيت زياد . به ايجاد ناحيه اي منجر مي شود که شديدا تحت تاثيرگرمابوده وتنش حرارتي ايجاد شده ممکن است حتي منجر به ترک خوردن شود. نهايتا اينکه انتخاب اين تکنيک براي تکنولوژي ميکروسيستم ها مناسب نمي باشد. يک روش قابل قبول براي غلبه بر اين محدوديت به کار بردن پالسهاي ليزر فوق تند براي پروسه مي باشد. به دليل کوتاه بودن مدت زمان پالس . زمان گرما دادن از زمان آرامش و استراحت الکترون فوتون کمتر ميباشد.

بدين وسيله پرتوي فضايي افزايش يافته و محدوده تحت تاثير گرما به چند ميکرو متر کاهش مي يابدعلاوه بر اين پي برديم که پرتو افکني ليزري مادون قرمز femto secohd منجربه افزايشي در ضريب شکست در نقطه کانوني داخل شيشه ها مي شود . تکنيکهاي ديگري نظير iaser induced plasma -assisted ablation , laser induced backside etching به تازگي براي ايجاد شيشه هاي شفاف مورد استفاده قرار مي گيرد اما با استفاده از اين روش به دليل مکانيسم سايش و محدوده شکست و تجزيه کانون اشعه ليزر براي توليد و ساخت ترکيبها در مقياس نانو روي بسته شيشه بسيار مشکل مي باشد .

به منظور غلبه بر محدوده شکست نزديک منطقه سايش و برش توسط اشعه ليزر مي تواند براي ساخت واقعي مورد استفاده قرار گيرد . يک روش شامل بکار بردن و روشن نمودن نوک يک ميکروسکوپ تونلي يا يک ميکروسکوپ اتمي داراي ليزر پالسي مي باشد . ساختارهاي کمتر از 2 / را مي توان به آساني در بخش زيرين قسمت راس ايجاد نمود . روش ديگر رسوب تک لايه اي از ذرات کروي در مقياس نانو روي سطح بسته و با استفاده از تقويت و افزايش شدت . جهت ايجاد سوراخهاي در مقياس نانو در بسته مي باشد . اعتقاد بر اين است که هنگاميکه اشعه ليزر از ميان نانو ذرات کروي عبور کرد و به بسته مي رسد باعث افزايش منطقه نوري به طور عمده به دليل تاثير منطقه نزديک و پراکنش توسط ذرات کروي مي شود . در اين مقاله اشعه ليزر Nd : ايتيريم . آلومينيوم . گارنت . (YAG) براي به عمل آوردن شيشه بوروسيليکات به کاربرده مي شود ازطريق فرستادن اشعه ليزر از پشت نمونه شيشه ما انتظار داريم که اثر پراکنش بر تغييرات سطح به حداقل برسد . از تقويت و رشد منطقه توسط نانو ذرات کروي سيليس (Sio2) بر سطح به منظور توليد نانو نمونه ها بر سطح بسته استفاده مي شود. نمودار وضعيت آزمايشي در شکل يک نشان داده شده است.

نمونه اي که به عنوان مدل بکار برده شده . شيشه بوروسيليکات با ضخامت m500 مي باشد . يک سوسپانسيون کلوئيدي فقط از ذرات کروي سيليسي با قطر nm 640 که توسط آب دي يونيزه رقيق شده روي نمونه شيشه بکار رفته ومنجر به خشک شدن مي گردد. اين ذرات کروي بوسيله فرايند خود جوش منظم شده











يک لايه شش وجهي بسته اي را تشکيل دهند. اين امر از طريق مشاهده نمونه زير ميکروسکوپ دقيق الکترون (sem ) قابل تصديق است . همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است .

از آنجا ئيکه شيشه بوروسيليکات تا طول موج nm1064 شفاف است . اشعه ليزر تابشي مي تواند از بسته شيشه عبور کرده . وسطح تحتاني ذرات کروي را روشن نمايد چون اندازه ذرات کروي کوچکتر از طول موج ليزر است شدت نور تابشي افزايش يافته و اطراف ذرات کروي يک هلال نورايجاد مي گردد. ناحيه ناپايـــــدار به ناحيه بسيار کوچـــــــکي از اطراف ذرات کروي محدود شده و در جهت محورسست و ناپايـدار











مي شود. بعد از يک تک پالس j/cm2 3 ذرات کروي از بسته شيشه جداشده و نانو ساختارها بر سطح ايجاد مي شوند همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است .

ميکروگرافهاي sem آرايش متناوبي از حفره هائي به قطر nm 350 را روي سطح نشان مي دهد. ساختمان ايجاد شده بطور شش وجهي مرتب شده اند و فاصله بين مراکز اشکال حدود nm 640 مي باشد که برابر با قطر ذرات کروي بکاررفته است . اين پديده تشکيل اشکال در قسمت زيرين جايگاه ذرات کروي را تصديق مي نمايد . اين موضوع نشان مي دهد که افزايش منطقه نور در نزديک زمينه پراکنش مي تواند باعث شود شدت واکنش چندين برابر واکنش اوليه بزرگ شود چون ضريب جذب خطي شيشه در طول موج آزمايش بسيار پايين است . مامعتقديم شکل گيري مدل .

به دليل جذب غيرخطي مواد شيشه مي باشد که با نور تقويت شده است . اگر چه مکانيزمهاي فيزيکي براي اشعه هاي مادون قرمز با حساسيت نسبت به نور هنوز تحت برسي و تحقيق است . مامعتقديم فرايند توسط فرايند جذب چند فوتون آغاز شده و بنابراين وايستگي غير خطي شديدي را به شدت اشعه تابيده شده نشان ميدهد اين وابستگي به شدت . ويژگيهاي نوري مواد را که انتشار نور تابشي را تحت تاثير قرار مي دهند.

تغيرمي دهد. بخش انعکاس غيرخطي باعث بوجود آمدن لنز خودکار ميشود که مي تواند منجر به تخريب نوري گردد. بخش جذبي غيرخطي مي توانند درشدت بالا شفافيت و انتقال را کاهش داد. باعث آسيب نوري در مواد مي شود که داراي تابش کمتري نسبت به تجزيه دي الکتريک انتقال حرارت مي باشند . همچنين وجود يک سطح. تقارن معکوس عامل نرمال را تا خط شکسته و فعل و انفعال و واکنش غير خطي راممکن مي سازد.

تقويت منطقه ارزي ازچندين منبع ناشي ميگردد. پراکندگي و اثرات نزديک منطقه جزء مشاهداتي هستند که بخش قبلي هنگامي که اشعه ليزربرسطح فوقاني ذرات کروي تابيده ميشود به اثبات رسيده است محاســــــبات انجام شده بر روي افزايش منطقه پيرامون ذرات کروي بيان مي نمودکه اثرات متمرکز کردن و اثرات نزديک يک منطقه هردو به يک ميزان در اندازه و شکل اشکال تشکيل شده زير ذرات کروي نقش دارند. اما زمانيکه نمونه ازپشت . پرتوافکني شود. اثرات پراکنش به حداقل مي رسد ما افزايش شدت را به دليل پراکنش با استفاده از ذرات کروي دي ا لکتريک . براساس تئوريmie براي طول موج ليزر ذرات کروي سيليسي nm 1064 و nm640 با ضريب شکست 39/1 محاسبه نموديم. افزايش شدت به عنوان تابع زاويه پراکنش درشکل 4 نشان داده شده است.

محاسبات نشان ميدهد که براي زواياي بين 90 و270 درجه بواسطه پراکنش. افزايش شدت قابل توجهي وجود ندارد. اين بدان معنا است که در حدفاصل بين ذره کروي وبسته شيشه اي تقويت و افزايش منطقه بدليل پراکنش نمي باشد. تقويت و افزايش منطقه نوري همچنين مي تواند ناشي از اثرات تداخل سطح پشتي باشد به











دليل تداخل امواج ورودي و امواج منعکس شده . شدت منطقه الکتريکي در پشت قطعه اي با جذب ضعيف وداراي n 1 بيشتر است بطوريکه آستانه شکست نوري از قسمت پشتي پاين تر است . براي شيشه سيليکا و











شيشه هاي بوروسيليکات در nm 193 قبلا با سايش سطح پشتيکه توسط اين شيشه هابه خوبي قابل جذب است بيان شده است . عليرغم وجود تقويت در بخش پشتي . در آزمايشات انجام شده با ليزر nm 1064در غياب ذ رات کروي در حالت مشابه هيچگونه آسيبي در اثر ليزر در اين بخش (بخش پشتي ) مشاهده نگرديد. در حاليکه در حضور ذرات کروي حتي براي شدت تابشي بسيار پايين اشکال واضحي . بسته به اندازه ذرات کروي در ابعاد نانو در بخش پشتي تشکيل مي گردد. بطور خلاصه يک تکنيک ساده براي توسعه نمونه هاي نانو روي بسته شيشه اي بروسيليکاتي استفاده از اشعه nm 1064 نانو ثانيه ليزر yag : nd در اين مقاله ارائه گرديده است . به دليل وجود منطقه نوري تقويت يافته در اطراف ذرات کروي به نظر ميرسد جذب غيرخطي پديده قابل قبولي جهت تشکيل اشکال نانو باشد. منطقه نوري تقويت يافته حاصل تاثير منطقه مـجاور است . از آنجائيکه اشعه ليزر از قسمت پشت نمونه تابيده مي شود. اثر پراکنش کانون القائي در اين امر حذف مي گردد.

/ 1