سایش لیزری

سایش لیزری

تعداد بازدید: 5780
چهارشنبه 03 دي 1393

سایش لیزری

در فرآیند سایش لیزری (Laser Ablation)، انرژی لیزر به هدف منتقل می‌ شود. برای افزایش سرعت سایش و کندن اتم‌ ها از هدف، سه راه وجود دارد که عبارتند از:

1- سایش نوری حرارتی (Photothermal Ablation)

2- سایش به کمک پلاسما (Plasma-Assisted Ablation)

3- سایش نوری شیمیایی (Photochemical Ablation)

فاکتور های اولیه تاثیر گذار در هر یک از این روش‌ ها عبارتند از:

- نوع زیرپایه

- قدرت لیزر

- طول موج

- مدت زمان پالس

در فرآیند حرارتی، انرژی فوتون باریکه لیزر از طریق اثر برستراهانگ معکوس، به هدف منتقل می‌ شود. فوتون‌ های لیزر به وسیله الکترون‌ های آزاد و یا پیوندی سطح هدف، جذب می‌ شود و در نتیجـــه الکترون‌ ها به نوسان در می‌ آیند. در این فرآینــد از لیزر های با قدرت پایین 500-100Mw/cm2 و مدت زمان پالس طولانی (>10ns) استفاده می‌ شود. به‌ نظر می‌ رسد که الکترون‌ های مرتعش، باریکه لیزر را از سطح ماده منعکس می‌ کند. در این زمان است که الکترون‌ های تهییج‌ شده از طریق برهم کنش با سایر الکترون‌ ها و شبکه فوتونی آسایش می‌ یابند و در نتیجه دمای ماده افزایش می‌ یابد. اغلب برهم کنش‌ های الکترون‌ ها و فوتون‌ ها بر اساس انتقال گرمایی انجام می‌ شود و در نتیجه دمای ماده افزایش می‌ یابد. به دلیل اینکه مقدار زیادی انرژی در پالس کوچکی از زمان به ماده منتقل می‌ شود، در نتیجه انتقال انرژی به لایه‌ های اولیه اتمی ماده محدود می‌ شود و از نفوذ گرما به درون ماده جلوگیری می‌ شود. اتم‌ های سطحی از طریق تبخیر شدن، سرد می‌شوند اما اتم‌ های زیر سطح نمی‌ توانند انرژی خود را پراکنده کنند و در نتیجه حجم نسبی آن‌ ها به سرعت افزایش می‌ یابد. در طول فرآیند سرد شدن، اتم‌ های سطحی (به دلیل افزایش حجم سریع خود)، با نیروی زیادی به بیرون پرتاب می‌ شوند. در فرآیند سایش لیزری رخ می‌ دهد (حد آستانه). قبل از این مرحله، انرژی لیزر می‌ تواند گرمای ماده را از طریق نفوذ، پراکنده سازد و در نتیجه فرآیند کندن اتم‌ ها انجام نمی‌ شود. استافست و همکارانش توانستند با حد آستانه 107×0.3 موادی مانند گرافیت، نیکل، {{آلومینا}}، کروم و SiC را سایش دهند. هدف با استفاده از لیزر پالسی ساخت شرکت اکسایمر با طول موج 248nm در محفظه خلا با فشار 4-10×8 تور تحت تابش قرار گرفت.

در دومین روش، از پلاسما برای سایش استفاده می‌ شود. در این روش با استفاده از لیزر پر انرژی پلاسمای موقتی در بالای هدف ایجاد می‌ شود. پلاسما، گاز یونیزه‌ ای است که انرژی پالس لیزر را جذب می‌ کند. یون‌ های پر انرژی سطح هدف را بمباران می‌ کنند، درنتیجه اتم‌ های هدف گرم شده و از سطح خارج می‌شوند. فرآیند پلاسما در لیزر های پر قدرت مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

روش سوم (سایش نوری شیمیایی و یا سایش فتولیست)، یک پدیدۀ کوانتومی است. اگر انرژی فوتون لیزر به اندازه انرژی پیوند مولکول‌ ها باشد، انرژی جذب شده و روی پیوند انباشته می‌ شود. در ادامه پیوند شکسته شده و باعث اتصال مواد به یکدیگر می‌ شود. معمولا پلیمر ها، موضوع اصلی سایش نوری شیمیایی‌ اند. در روش سایش نوری حرارتی و پلاسما مواد به‌ صورت قطرات کوچک از روی هدف جدا می‌ شود. شکل زیر دو نوع فرآیند سایش را نشان می‌ دهد. مفاهیم فیزیکی فرآیند سایش هنوز در حال تکمیل است. استفاده از این فرآیند برای تولید نانو بلور ها به دلیل درک بهتر حالت فیزیکی، دینامیک مواد ساییده شده و مکانیسم تشکیل نانو بلور ها، راحت‌تر است.

 

سایش لیزری، سایش نوری حرارتی، سایش نوری شیمیایی

مدل تئوری سایش لیزری

مبانی فیزیکی سایش لیزری برای ساخت نانوبلور ها به‌صورت زیر است:

باریکه لیزر پر انرژی با هدف، بر هم کنش دارد. قسمتی از انرژی الکترومغناطیس لیزر به انرژی گرمایی تبدیل می‌ شود. این انرژی اتم‌ های هدف را ذوب و سپس تبخیر می‌ کند (سایش نوری حرارتی). معمولا قسمتی از مواد تبخیر شده، یونیزه می‌ شوند و پلاسما ایجاد می‌ کنند. پلاسما منبسط و سپس سرد می‌ شود و در ادامه به‌ صورت خوشه‌ هایی متراکم می‌ شود. فرآیند مهاجرت اتم‌ ها از هدف تا منطقه جمع‌ آوری دوباره تکرار می‌ شود.

شکل روبرو مناطق مختلف هدف در فرآیند سایش لیزری را نشان می‌ دهد. پدیده‌ های فیزیکی این مدل به شرح زیر است:

1- هدف جامد: انتقال گرما در سطح هدف فقط در جهت عمودی صورت می‌ گیرد.

2- فیلم مایع: فیلم مایع بالای فاز جامد، به اندازه کافی نازک است تا دما به‌صورت خطی در طول آن تغییر کند و مایع از سطح تبخیر شود. به‌ نظر می‌ رسد سرعت متراکم شدن در مقایسه با سرعت تبخیر ناچیز باشد.

3- لایه نادسن: ضخامت این لایه به‌ نظر می‌رسد که در حد صفر باشد و به دلیل تغییرات ناپیوسته‌ ای مانند فشار، دما، چگالی و ویسکوزیته ایجاد می‌ شود.

4- پلاسما: به‌ نظر می‌ رسد که از نظر اپتیکی لای ه‌ای بین پلاسما و باریکه لیزر فرودی وجود ندارد و نیز به این نکته اشاره می‌ کند که انتقال حرارت بین پلاسما و سطح هدف صورت نمی‌ گیرد، یعنی سایش به کمک پلاسما انجام نمی‌ شود.

5- تشکیل ذرات: تئوری رشد قطره‌ ای که توسط لایف‌شیتر و اسلیوزو مطرح شده است، برای تعیین توزیع اندازه ذرات در پلاسما به‌ کار برده می‌ شود.

 

شماتیک فرایند های فیزیکی سایش لیزری

شکل روبرو طرح شماتیک دستگاه سایش لیزری طراحی شده برای نانوبلور ها را نشان می‌ دهد. این سیستم از قسمت‌ های زیر تشکیل شده است:

- منطقه سایش با خلا بالا (HV)

- سیستم خنک‌کننده

- سیستم خلا

- سیستم نوری شامل تولید لیزر و تشخیص طول موج لیزر

از مزایای روش سایش لیزری می‌ توان به نکات زیر اشاره کرد:

1- ایجاد جریان بزرگی از مواد تبخیر شده

2- ساخت محصولات با استوکیومتری صحیح و دقیق حتی در سیستم‌ های پیچیده‌ ای مانند سرامیک‌ های ابررسانا

3- کنترل سریع و آسان با استفاده از ایجاد تغییر در انرژی پالس لیزری

 

شماتیک دستگاه سایش لیزری

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

مسعود صلواتی نیاسری ، نانو شیمی ، انتشارات علم و دانش ، 1388.

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

سایش لیزری از دید wikipedia.com

Laser ablation is the process of removing material from a solid (or occasionally liquid) surface by irradiating it with a laser beam. At low laser flux, the material is heated by the absorbed laser energy and evaporates or sublimates. At high laser flux, the material is typically converted to a plasma. Usually, laser ablation refers to removing material with a pulsed laser, but it is possible to ablate material with a continuous wave laser beam if the laser intensity is high enough...more

سایش لیزری از دید me.mtu.edu

Ablation, in the broadest sense, is removal of material because of the incident light. In most metals and glasses/crystals the removal is by vaporization of the material due to heat. In polymers the removal can be by photochemical changes which include a chemical dissolution of the polymer, akin to photolithography. If the removal is by vaporization, special attention must be given to the plume. The plume will be a plasma-like substance consisting of molecular fragments, neutral particles, free electrons and ions, and chemical reaction products. The plume will be responsible for optical absorption and scattering of the incident beam and can condense on the surrounding work material and/or the beam delivery optics. Normally, the ablation site is cleared by a pressurized inert gas, such as nitrogen or argon. If the material to be ablated has a poor absorption, such as diamond, but a thermally converted form of the material has relatively good absorption, such as graphite, then it is normal to cover the diamond surface with a thin coating of graphite. The laser will ablate the graphite and in doing so the surface of the underlying diamond will be converted to graphite allowing efficient absorption. Sequentially, the graphite is ablated and a new layer of diamond is converted...more

نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر