بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانوبا استفاده از لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064
ساعت ٥:۳٦ ‎ب.ظ روز پنجشنبه ٢٥ بهمن ،۱۳۸٦  

بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانوبا استفاده از

 لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064

 

     ما روشی را برای ساخت نمونه های در مقیاس نانو بر روی شیشه بوروسیلیکات با استفاده از لیزر نئودیمیم : ایتریوم – آلومینیم (NM1064-NS10) و با استفاده از یک نانو سیستمهای کروی ارائه می نمائیم . اعتقاد بر این است که جذب غیر خطی منطقه نوری ایجاد شده بین ذرات کروی نمونه و شیشه.دلیل اولیه برای ایجاد اشکال نانونی بر بستر شیشه است با تاباندن پرتوی اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه . اثرات انعکاس به حداقل رسیده و برای طرح دادن و نقش دار کردن سطح . فقط از تقویت منطقه به طور مستقیم . به دلیل وجود ذرات کروی استفاده می شود . برای اثبات این امر . محاسباتی براساس تئوری پراکنش Mie صورت گرفت و اهمیت نتایج به دست آمده عنوان تابعی از زوایا و جهات پراکنش ارائه گردید. بنابراین اشکال در مقیاس نانو به دست آمده با این روش دارای قطرnm350 هستند و فاصله بین آنها حدودnm640 است که همانند اندازه ذرات کروی به کار رفته می باشد . پتانسیل بالای شیشه های بوروسیلیکاتی باعث شده که کاربرد وسیعی در زمینه بسته بندی و میکروتکنولوژیها مشابه طرحهای بیوشیمی و میکرونورها داشته باشد . علاوه بر پایداری شیمیائی . نوری و مکانیکی آنها . همچنین شیشه های بوروسیلیکاتی در فرایندهای همانندسازی (تکثیر) مقاومت و ثبات گره مکانیکی لازم را دارا می باشند این امر منجر به انجام تحقیقات بسیاری در مورد ویژگیهای پروسه مواردی الکتریک شده است 

     به طور کلی به دلیل ماهیت خنثی وبی اثرآنها بسیار مشکل است آنها را به وسیله متداولترین تکنیکهای ماشینی ایجاد نمودو ساخت . میکرو ماشینهای لیزری یک روش موثر برای تولید و ساخت ماشینی مواد  شیشه است . با این وجود جذب خطی برای شیشه ها بسیار کم و پایین است و آستانه جذب آنها نزدیک nm2310 می باشد . بنابر این در پروسه مواد شیشه ای از لیزرهای بسیارقوی uv وco2 بایستی مورد استفاده قرار گیرد . مکانیسم آسیب و صدمه توسط پالسهای  در حد نانو ثانیه به گرمای الکترونهای رسانس بوسیله پرتوی تابشی و انتقال این انرژی به شبکه مربوطه می شود. این صدمه از طریق انتقال حرارت ذخیره شده ناشی از ذوب شدن و به جوش آمدن ماده دی الکتریک رخ میدهد. جذب بسیار کم سطح مقطع مواد بین باندهای بزرگ به لیزری باشدت بالا احتیاج دارد تاجذب انرژی مناسبی رادر مواد برای جابجائی مواد ماکروسکوپی بوجود آورد . شدت حساسیت زیاد . به ایجاد ناحیه ای منجر می شود که شدیدا تحت تاثیرگرمابوده وتنش حرارتی ایجاد شده ممکن است حتی منجر به ترک خوردن شود. نهایتا اینکه انتخاب این تکنیک برای تکنولوژی میکروسیستم ها مناسب نمی باشد. یک روش قابل قبول برای غلبه بر این محدودیت به کار بردن پالسهای لیزر فوق تند برای پروسه می باشد. به دلیل کوتاه بودن مدت زمان پالس . زمان گرما دادن از زمان آرامش و استراحت الکترون فوتون کمتر میباشد. بدین وسیله پرتوی فضایی افزایش یافته و محدوده تحت تاثیر گرما به چند میکرو متر کاهش می یابدعلاوه بر این پی بردیم که پرتو افکنی لیزری مادون قرمز  femto secohd منجربه افزایشی در ضریب شکست در نقطه کانونی داخل شیشه ها می شود .      تکنیکهای دیگری نظیر iaser induced plasma –assisted ablation , laser induced backside etching  به تازگی برای ایجاد شیشه های شفاف مورد استفاده قرار می گیرد اما با استفاده از این روش به دلیل مکانیسم سایش و محدوده شکست و تجزیه کانون اشعه لیزر برای تولید و ساخت ترکیبها در مقیاس نانو روی بسته شیشه بسیار مشکل می باشد .

     به منظور غلبه بر محدوده شکست نزدیک منطقه سایش و برش توسط اشعه لیزر می تواند برای ساخت واقعی مورد استفاده قرار گیرد . یک روش شامل بکار بردن و روشن نمودن نوک یک میکروسکوپ تونلی  یا یک میکروسکوپ اتمی دارای لیزر پالسی می باشد . ساختارهای کمتر از 2 /λ را می توان به آسانی در بخش زیرین قسمت راس ایجاد نمود . روش دیگر رسوب تک لایه ای از ذرات کروی در مقیاس نانو روی سطح بسته  و با استفاده از تقویت و افزایش شدت . جهت ایجاد سوراخهای در مقیاس  نانو در بسته می باشد . اعتقاد بر این است که هنگامیکه اشعه لیزر از میان نانو ذرات کروی عبور کرد و به بسته می رسد باعث افزایش منطقه نوری به طور عمده به دلیل تاثیر منطقه نزدیک و پراکنش توسط ذرات کروی می شود . در این مقاله اشعه لیزر Nd   : ایتیریم . آلومینیوم . گارنت . (YAG) برای به عمل آوردن شیشه بوروسیلیکات به کاربرده می شود ازطریق فرستادن اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه ما انتظار داریم که اثر پراکنش بر تغییرات سطح به حداقل  برسد . از تقویت و رشد منطقه توسط نانو ذرات کروی سیلیس (Sio2) بر سطح به منظور تولید نانو نمونه ها بر سطح بسته استفاده می شود. نمودار وضعیت آزمایشی در شکل یک نشان داده شده است.

     نمونه ای که به عنوان مدل بکار برده شده . شیشه بوروسیلیکات با ضخامت μm500 می باشد . یک سوسپانسیون کلوئیدی فقط از ذرات کروی سیلیسی با قطر nm 640 که توسط آب دی یونیزه رقیق شده روی نمونه شیشه بکار رفته ومنجر به خشک شدن می گردد. این ذرات  کروی بوسیله فرایند  خود جوش منظم شده

یک لایه شش وجهی بسته ای را تشکیل دهند. این امر از طریق مشاهده نمونه زیر میکروسکوپ دقیق الکترون (sem ) قابل تصدیق است . همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است .

     از آنجا ئیکه شیشه بوروسیلیکات تا طول موج nm1064 شفاف است . اشعه لیزر تابشی می تواند از بسته شیشه عبور کرده . وسطح تحتانی ذرات کروی را روشن نماید چون اندازه ذرات کروی کوچکتر از طول موج لیزر است شدت نور تابشی افزایش یافته و اطراف ذرات کروی  یک هلال نورایجاد می گردد. ناحیه ناپایـــــدار به ناحیه بسیار کوچـــــــکی از اطراف ذرات کروی محدود شده و در جهت محورسست و ناپایـدار می شود. بعد از یک تک پالس j/cm2 3 ذرات کروی از بسته شیشه جداشده و نانو ساختارها بر سطح ایجاد می شوند همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است .

     میکروگرافهای sem آرایش متناوبی از حفره هائی به قطر nm 350 را روی سطح نشان می دهد. ساختمان ایجاد شده بطور شش وجهی مرتب شده اند و فاصله بین مراکز اشکال حدود nm 640 می باشد که برابر با قطر ذرات کروی بکاررفته است . این پدیده تشکیل اشکال در قسمت زیرین جایگاه ذرات کروی را تصدیق می نماید . این موضوع نشان می دهد که افزایش منطقه نور در نزدیک زمینه پراکنش می تواند باعث شود شدت واکنش چندین برابر واکنش اولیه بزرگ شود چون ضریب جذب خطی شیشه در طول موج آزمایش بسیار پایین است . مامعتقدیم شکل گیری مدل . به دلیل جذب غیرخطی مواد شیشه می باشد که با نور تقویت شده است . اگر چه مکانیزمهای فیزیکی برای اشعه های مادون قرمز با حساسیت نسبت به نور هنوز تحت برسی و تحقیق است . مامعتقدیم فرایند توسط فرایند جذب  چند فوتون آغاز شده و بنابراین وایستگی غیر خطی شدیدی را به شدت اشعه تابیده شده نشان میدهد این وابستگی به شدت . ویژگیهای نوری مواد را که انتشار نور تابشی را تحت تاثیر قرار می دهند. تغیرمی دهد. بخش انعکاس غیرخطی باعث بوجود آمدن لنز خودکار میشود که می تواند منجر به تخریب نوری گردد. بخش جذبی غیرخطی می توانند درشدت بالا شفافیت و انتقال را کاهش داد. باعث آسیب نوری در مواد می شود که دارای تابش کمتری نسبت به تجزیه دی الکتریک انتقال حرارت می باشند . همچنین وجود یک سطح. تقارن معکوس عامل نرمال را تا خط شکسته و فعل و انفعال و واکنش غیر خطی راممکن می سازد. تقویت منطقه ارزی ازچندین منبع ناشی میگردد. پراکندگی و اثرات نزدیک منطقه جزء مشاهداتی هستند که بخش قبلی هنگامی که اشعه لیزربرسطح فوقانی ذرات کروی تابیده میشود به اثبات رسیده است محاســــــبات انجام شده بر روی افزایش منطقه پیرامون ذرات کروی بیان می نمودکه اثرات متمرکز کردن و اثرات نزدیک یک منطقه هردو به یک میزان در اندازه و شکل اشکال تشکیل شده زیر ذرات کروی نقش دارند. اما زمانیکه نمونه ازپشت . پرتوافکنی شود. اثرات پراکنش به حداقل می رسد ما افزایش شدت را به دلیل پراکنش با استفاده از ذرات کروی دی ا لکتریک . براساس تئوریmie برای طول موج لیزر ذرات کروی سیلیسی nm 1064 و nm640 با ضریب شکست 39/1 محاسبه نمودیم. افزایش شدت به عنوان تابع زاویه پراکنش  درشکل 4 نشان داده شده است.

     محاسبات نشان میدهد که برای زوایای بین 90 و270 درجه بواسطه پراکنش. افزایش شدت قابل توجهی وجود ندارد. این بدان معنا است که در حدفاصل بین ذره کروی وبسته شیشه ای تقویت و افزایش منطقه بدلیل پراکنش نمی باشد. تقویت و افزایش منطقه نوری همچنین می تواند ناشی از اثرات تداخل سطح پشتی باشد به

دلیل تداخل امواج ورودی و امواج منعکس شده . شدت منطقه الکتریکی در پشت قطعه ای با جذب ضعیف ودارای n>1 بیشتر است بطوریکه آستانه شکست نوری از قسمت پشتی پاین تر است . برای شیشه سیلیکا و

 شیشه های بوروسیلیکات در nm  193 قبلا با سایش سطح پشتیکه توسط این شیشه هابه خوبی قابل جذب است  بیان شده است . علیرغم وجود تقویت در بخش پشتی . در آزمایشات انجام شده با لیزر nm 1064در غیاب ذ رات کروی در حالت مشابه هیچگونه آسیبی در اثر لیزر در این بخش (بخش پشتی ) مشاهده نگردید. در حالیکه در حضور ذرات کروی حتی برای شدت تابشی بسیار پایین اشکال واضحی . بسته به اندازه ذرات کروی در ابعاد نانو در بخش پشتی تشکیل می گردد. بطور خلاصه یک تکنیک ساده برای توسعه نمونه های نانو روی بسته شیشه ای بروسیلیکاتی استفاده از اشعه  nm  1064  نانو ثانیه لیزر   yag : nd   در این مقاله ارائه گردیده است . به دلیل وجود منطقه نوری تقویت یافته در اطراف ذرات کروی به نظر میرسد جذب غیرخطی پدیده قابل قبولی جهت تشکیل اشکال نانو باشد. منطقه نوری تقویت یافته حاصل تاثیر منطقه مـجاور است . از آنجائیکه اشعه لیزر از قسمت پشت نمونه تابیده می شود. اثر پراکنش کانون القائی در این امر حذف می گردد.                                                                        

زهرا فیلی کارشناس مسول طرح وتوسعه سازمان صنایع ومعادن خراسان رضوی بهار 1386


کلمات کلیدی: