مهندسی شیمی-موازنه مواد و انرژی

پترونت: دو دانشمند در اروپا به تكنيكي دست يافته‌اند كه مي‌تواند براي تهيه تصاويري در مقياس نانو، به طور همزمان از سطح و عمق مخلوط ‌هاي پليمري، مورد استفاده قرار گيرد. اين تكنيك در بهبود پلاستيك‌هاي مورد استفاده در صنعت الكترونيك، مي‌تواند موثر باشد.

سلول‌هاي خورشيدي پلاستيكي ارزان، نمايشگرهاي روشن تر، و طول عمر بيشتر باتري‌هاي موبايل، از جمله نتايج قابل پيش بيني كاربرد اين تكنيك جديد هستند، چراكه توليدكنندگان به كمك اين روش جديد مي‌توانند بهتر مواد مورد استفاده شان را مطالعه كنند.

كريس مك نيل و بن واتس دو محقق هستند كه به اين موفقيت دست يافته‌اند. آنها اشعه سينكروترون را به مخلوط پليمري تاباندند تا تصاويري پيچيده به كمك اشعه‌ي X با طول موج‌هاي مختلف از عمق مخلوط‌هاي پليمري تهيه كنند، و به طور همزمان الكترون‌هاي تشكيل شده در اثر برهم كنش اشعه‌ي X با سطح نمونه را جمع آوري مي‌كنند. تصوير دوم را مي‌توان به طور مستقيم با تصوير اول مقايسه نمود و به تفاوت اجزاي سطح نمونه و عمق آن پي برد.

بخش تصويربرداري سطحي به اين دليل كار مي‌كند كه همه‌ي فوتوالكترون‌هاي تشكيل شده در درون توده‌ي ماده، قبل از آنكه به سطح برسند، جذب ماده مي‌شوند و به همين دليل تنها آنهايي كه در سطح توليد مي‌شوند، آزاد هستند تا ماده را ترك كنند و سيگنالي را تشكيل دهند كه كوچك، اما قابل اندازه گيري است.

طبق گفته‌ي واتس، طول موج اشعه‌ي X كه به نمونه تابيده مي‌شود، براي اتم‌هاي كربن تنظيم شده‌اند و سبب مي‌شوند پليمرهايي كه اغلب كربن هستند، به گونه‌اي دچار رزونانس شوند كه نور را در طول موج‌هاي خاصي، بيش از حد انتظار  جذب كنند. همچنين اين تشديد بين نور و اتم، نسبت به نحوه اتصال اتم‌ها به يكديگر بسيار حساس است. در نتيجه موادي كه از بسياري جنبه‌ها ساختار مشابهي دارند، به صورت متفاوت ديده مي‌شوند.

به گفته‌ي مك نيل: “در دانشگاه كمبريج ما علاقه‌مند به پليمرهاي نيمه هادي هستيم كه در سلول‌هاي خورشيدي و ترانزيستور و ديود‌هاي ساطع نور(LED) كاربرد دارند. مشابه ساير بخش‌هاي علم پليمر، آلياژ نمودن دو پليمر نيمه هادي گاهي اوقات منجر به خواص و ويژگي هايي مي‌شود كه به كمك يك پليمر نيمه هادي منفرد نمي‌توان به آنها دست يافت. بازده سلول‌هاي خورشيدي پليمري و LED عمدتاً به كمك آلياژ نمودن دو پليمر به شدت بهبود مي‌يابد و ما بخصوص علاقه مند هستيم كه بدانيم چگونه ريزساختار فيلم‌هاي پليمري بر عملكرد دستگاه تاثير مي‌گذارد. از آنجا كه سطح فيلم است كه آن را به الكترودها متصل مي‌كند، توانايي اينكه علاوه بر ساختار توده، سطح را به خوبي عمق تصوير كنيم، بسيار حائز اهميت است.”

هر دو دانشمند قبل از آنكه از هم جدا شوند، در يك گروه در استراليا مطالعه نموده‌اند. در حال حاضر مك نيل به مطالعه نيمه هادي‌هاي آلي مي‌پردازد و واتس در زمينه تعيين خصوصيت‌هاي مواد مبتني بر تابش سينكروترون فعاليت مي‌كند.

مك نيل مي‌افزايد: همه‌ي اجزاي لازم براي انجام چنين آزمايشي همواره موجود بوده است و تنها به تشخيص فرصت و مونتاژ اجزا نياز داشته ايم.

اين محققين معتقدند كه اين روش نه تنها در مطالعه پليمرهاي نيمه هادي، بلكه در مورد فيلم‌هاي نازك انواع آلياژهاي پليمري سودمند است. همچنين ممكن است اين روش در مخلوط‌ها و مواد آلي غير پليمري، كه شناسايي خواص عمق و سطح آنها حائز اهميت است، كاربرد هايي داشته باشند.

گام بعدي، شامل گسترش آناليز ساختار سطح به يك آناليز كمي كامل مي‌باشد. بنا به گفته‌ي مك نيل، اين امر نياز به تصوير برداري با اشعه‌ي X در انرژي‌هاي مختلف است. اما زمان زيادي كه لازم است نمونه در معرض پرتو قرار گيرد، ممكن است سبب خرابي سطح شود. جزئيات اين تحقيق در مجله Macromolecular Rapid Communications منتشر گرديده است.

در تصاوير (a) و (c) با تصويربرداري از يك طرف فيلم و به طور همزمان تهيه شده اند و به ترتيب مربوط به سطح و عمق فيلم مي باشند. (b) و (d) نيز با تصويربرداري همزمان از طرف ديگر فيلم به دست آمده اند.

منبع : انجمن كامپوزيت ايران / macromolecule