در علوم مختلف مهندسی، موضوع اندازهگیری و تعیین مشخصات از اهمیت كلیدی برخوردار است به طوری كه ویژگیهای فیزیكی و شیمیایی مواد، به مواد اولیهی مورد استفاده و همچنین ریزساختار یا ساختار میكروسكوپی به دست آمده از فرایند ساخت بستگی دارد.
به عنوان مثال برای شناسایی مواد ، بدیهی است كه نوع و مقدار ناخالصیها، شكل و توزیع اندازه ذرات، ساختار بلورین و مانند آن در ماهیت و مرغوبیت محصول اثر دارند.
در ضمن برای مطالعه ریزساختارها، نیاز بیشتری به ابزارهای شناسایی و آنالیز وجود دارد. در ریزساختار یا ساختار میكروسكوپی مواد، باید نوع فازها، شكل، اندازه، مقدار و توزیع آنها را بررسی كرد. در ادامه با توجه به اهمیت دستگاهها و روشهای اندازهگیری و تعیین مشخصات به طبقهبندی این روشها پرداخته میشود.
1-1- روش های میکروسکوپی
با استفاده از روشهای میكروسكوپی تصاویری با بزرگنمایی بسیار بالا از ماده بدست میآید. قدرت تفكیك تصاویر میكروسكوپی با توجه به كمترین قدرت تمركز اشعه محدود میشود. به عنوان مثال با استفاده از میكروسكوپهای نوری با قدرت تفكیكی در حدود 1 میكرومتر و با استفاده از میكروسكوپهای الكترونی، و یونی با قدرت تفكیك بالا در حدود یك آنگسترم قابل دسترسی است. این روشها شامل TEM،AFM ،SEM ،STM میباشد[6،5].
2-1- روش های براساس پراش
پراش یكی از خصوصیات تابش الكترومغناطیسی میباشد كه باعث میشود تابش الكترومغناطیس در حین عبور از یك روزنه و یا لبه منحرف شود. با كاهش ابعاد روزنه به سمت طول موج اشعه الكترومغناطیسی اثرات پراش اشعه بیشتر خواهد شد. با استفاده از پراش اشعه ایكس، الكترونها و یا نوترونها و اثر برخورد آنها با ماده میتوان ابعاد كریستالی مواد را اندازهگیری كرد. الكترونها و نوترونها نیز خواص موجی دارند كه طول موج آن به انرژی آنها بستگی دارد. علاوه بر این هر كدام از این روشها خصوصیات متفاوتی دارند. مثلا عمق نفوذ این سه روش در ماده به ترتیب زیر میباشد. نوترون از اشعه ایكس بیشتر و اشعه ایكس از الكترون بیشتر میباشد.
3-1- روش های طیف سنجی
استفاده از جذب، نشر و یا پراش امواج الكترومغناطیس توسط اتمها و یا مولكولها را طیف سنجی گویند. برخورد یك تابش با ماده میتواند منجر به تغییر جهت تابش و یا تغییر در سطوح انرژی اتمها و یا مولكولها شود، انتقال از تراز بالای انرژی به تراز پایینتر، نشر و انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر، جذب نامیده میشود. تغییر جهت تابش در اثر برخورد با ماده نیز منجر به پراش تابش میشود.
طیف سنجی جرمی:
روشهای طیف سنجی جرمی از تفاوت نسبت جرم به بار اتمها و یا مولكولها استفاده میکنند. عملكرد عمومی یك طیف سنجی جرمی بصورت زیر است:
1 – تولید یونهای گازی
2 – جداسازی یونها براساس نسبت جرم به بار
3 – اندازهگیری مقدار یونها با نسبت جرم به بار ثابت
4-1- روش های جداسازی
در نمونههایی كه حاوی چند جز نا شناخته باشد، ابتدا باید از هم جدا شده و سپس اجزا توسط روشهای آنالیز مشخص میشود. جداسازی براساس تفاوت در خصوصیات فیزیكی و شیمیایی صورت میگیرد. به عنوان مثال حالت ماده، چگالی و اندازه از خصوصیات فیزیكی مورد استفاده و حلالیت نقطه جوش و فشار بخار از خواص شیمیایی مورد استفاده در جداسازی میباشد.
از روشهای شناسایی مواد، تحت عنوان آنالیز ریزساختاری آنالیز سطح و آنالیز حرارتی معرفی شدهاند. منظور از آنالیز یا شناسایی ریزساختاری، همان شناسایی میكروسكوپی است. در این حالت، شكل، اندازه و توزیع فازها بررسی میشود. باید توجه داشت كه در ویژگیهای یك نمونه، نه تنها نوع فازها، بلكه شكل، اندازه و توزیع آنها نیز اثر گذار هستند. در اصل، سطح مواد جامد به خاطر ارتباط با محیط اطراف، وضعیت شیمیایی یكسانی با حجم نمونه ندارد. از طرف دیگر در بسیاری از كاربردها، سطح نمونه نقش مهمتری را بازی میکند. به عنوان مثال، در كاتالیزورها یا آسترهای ضد خوردگی، واكنش سطح با عوامل محیطی، تعیین كننده است. نكته قابل توجه دیگر، آن است كه تركیب شیمیایی در سطح با بدنه تفاوت دارد. بنابراین با تعیین آنالیز شیمیایی كل نمونه، نمیتوان در مورد آنالیز سطح قضاوت كرد آنالیز حرارتی در شناسایی فازی عمل می كنند این روشها، اطلاعات بسیار مفیدی از رفتار حرارتی مواد در اختیار پژوهشگران میگذارند. از این رو، نه تنها برای شناسایی آنها، بلكه در طراحیهای مهندسی نیز استفاده میشوند. و نیز به ویژه در رشته سرامیك كاربرد دارد و اهمیت آن به دلیل ساخت مواد جدید، روز افزون است.
5-1- سوزن ها
بسته به مد مورد استفادهی AFM و خاصیت مورد اندازهگیری از سوزنهای مختلفی استفاده میشود. زمانی كه فرایند اندازهگیری مستلزم وارد كردن نیروهایی فوق العاده زیاد از جانب سوزن به سطح باشد از سوزنهای الماسی استفاده میشود. همچنین سوزنهای با روكشهای الماس گونه برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان مثال در ایجاد نانو خراشها با نیروهایی به بزرگی N سرو كار داریم (این در حالیست كه در مد تماسی نیروی وارد بر سطح N میباشد) و باید از این نوع سوزنها استفاده كنیم. پارامترهای هندسی سوزن كه نوع كارایی سوزن و میزان دقت نتایج بدست آمده را تعیین میکنند عبارتند از شكل، بلندی، نازكی (زاویه راس هرم فرضی منطبق بر نواحی نوك)، تیز ی (شعاع دایره فرضی منطبق بر نوك).
سوزنهای T شكل برای نقشهبرداری و آشكارسازی فرورفتگیهای موجود در بخشهای دیواره مانند سطح نمونه به كار میروند. این در حالی است كه سوزنهای نوك تیز این قابلیت را ندارند.
[1]Tunneling Electron Microscopic
[2]Atomic Force Microscopic
[3]Scanning Electron Microscopic
[4]Scanning Tunneling Microscopic
فرم در حال بارگذاری ...
