دانـــشگاه یـــزد
دانشكده فنی و مهندسی
گروه مهندسی نساجی
پایان‌نامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی تکنولوژی نساجی
عنوان:
ایجاد نانوزبری بر سطوح منسوجات و بررسی اثرات حاصل از آن
اساتید راهنما:
دکتر سید منصور بیدکی
دکتر رویا دستجردی
استاد مشاور:
دکتر علی اصغر علمدار یزدی
پژوهش و نگارش:
بهمن بوستانی
اسفند 91
گواهی حفظ حقوق مادی و معنوی پایان‌نامه
کلیه حقوق مادی و معنوی مترتب بر نتایج مطالعات، ابتکارات و نوآوری‌های ناشی از تحقیق موضوع این پایان‌نامه متعلق به دانشگاه یزد است و هرگونه استفاده از نتایج علمی و عملی از این پایان نامه برای تولید دانش فنی، ثبت اختراع، ثبت اثر بدیع هنری، همچنین چاپ و تکثیر، نسخه برداری، ترجمه و اقتباس و ارائه مقاله در سمینارها و مجلات علمی از این پایان‌نامه منوط به موافقت کتبی دانشگاه یزد است.
زندگی صحنهء یکتای هنرمندی ماست
هر کسی نغمهء خود خواند و از صحنه رود
صحنه پیوسته به جاست
خرم آن نغمه که مردم بسپارند به یاد
تقدیم به
جاودان سرزمینم ایران که ذره ذرۀ وجودم امانتی است از خاک مهربانش
مادرم و پدرم که دعای خیرشان همواره پشتوانه‌ای است برای رسیدن به موعود
خواهر و برادرانم که صفای وجودشان معنای زیستن است …
سپاس و احترام
سپاس بی پایان خداوندی را هنر است که نیاز ممکنات بر واجب الوجودیش دلیلی ساطع است و نظام مصنوعات بر قدرت و دانائیش برهانی قاطع…
سپاس می‌دارم راهنمایی‌های ارزشمند اساتید بزرگوار جناب آقای دکتر سید منصور بیدکی، سرکار خانم دکتر رویا دستجردی و جناب آقای دکتر علی اصغر علمدار یزدی را که حق استادی بر بنده تمام کرده و با حمیت خویش این حقیر را به سر منزل مقصود یاری نمودند.
چکیده
در پژوهش پیشین نانوزبری چند اندازه‌ای با استفاده از نانوذرات با اندازه‌های مختلف و بار سطحی متفاوت به همراه پوشش‌دهی رزین سیلیکونی جهت تولید منسوجات چندمنظوره با خواص پایدار توسعه یافت. در این پژوهش ایدۀ استفاده از پرتودهی لیزر و تکمیل منسوجات با نانوذرات دنبال شده است. در مطالعات ابتدایی شرایط مطلوب پرتودهی لیزر از طریق بهینه‌سازی تعداد پالس و شدت لیزر، با لحاظ کردن اثر تکمیل نانو تعیین شده است. در ادامه نمونه‌های پیش تکمیل شده توسط نانوذرات و نمونه‌های فاقد نانوذرات در شرایط بهینه شده، پرتودهی شدند و جهت مقایسۀ تأثیر ترتیب استفاده از دو فرآیند پرتودهی لیزر و تکمیل نانو، تعدادی از نمونه‌های پرتودهی شده با لیزر مجدداً تحت تأثیر عملیات تکمیل با نانوذرات قرار گرفتند. در هر دو حالت فرآیند تکمیلی به دو روش پوشش‌دهی با دستگاه پد و رمق‌کشی تحت تأثیر امواج فراصوت دستگاه اُلتراسونیک با هم مقایسه شده‌اند. مطالعات میکروسکوپی از خصوصیات سطح نمونه‌ها نشان دهندۀ ایجاد زبری چند اندازه‌ای، حاصل از قرارگیری نانوذرات در دره‌های میکرومتری ایجاد شده توسط عملکرد فرسایش پرتوهای لیزر، بر روی سطح منسوجات است. بر اساس نتایج حاصل، حضور نانوذرات سبب تشدید تأثیر لیزر در ساختارسازی و بهبود عملکرد فرسایش آن روی سطح شده است. خواص مختلف نمونه‌های تحت بررسی، نظیر زمان جذب قطرۀ آب، زاویۀ تماس قطرۀ آب، زاویۀ سُرخوردگی قطرۀ آب، قابلیت رنگرزی نمونه‌ها و قابلیت رنگبری از پساب‌ها توسط نمونه‌ها، مورد مطالعه قرار گرفته است. عملیات پیش تکمیل با نانوذرات، تأثیر مثبتی بر ایجاد عوامل رنگ‌پذیر ایجاد شده بر روی سطح حین پرتودهی لیزر داشته است. با تلفیق پرتودهی لیزر به همراه تکمیل منسوجات توسط نانوذرات، خواص آبگریزی از قبیل زمان جذب، زاویۀ تماس و زاویۀ سُرخوردگی قطرۀ آب روی سطح به نحو قابل ملاحظه‌ای بهبود یافته، به طوری که منجر به ایجاد خواص ابرآبگریزی شده است. این تغییرات با تغییرات توپولوژی ایجاد شده روی سطح نمونه‌ها بر اساس مطالعات میکروسکوپ الکترونی هم‌خوانی داشته است.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول1
پیشینه پژوهش اصلاح سطح توسط پرتودهی لیزر1
1-1 پیشگفتار2
1-2 روش‌های اصلاح سطحی مواد3
1-2-1 اصلاح سطح توسط فرآوری و عملکرد پلاسما3
1-2-2 روش‌های عملیات شیمیایی‌تر و محلول‌ها4
1-2-3 روش تجزیه حرارتی به کمک افشاندن4
1-2-4 روش سُل‌ژل4
1-2-5 روش ایجاد زبری و رسوب‌دهی پاششی توسط مگنترون5
1-2-6 روش رسوب شيميايي بخار5
1-2-7 روش رسوب فيزيكي بخار6
1-2-8 روش پرتودهي ایکس، گاما و الکترون توسط شتاب‌دهندۀ رودوترون6
1-2-9 روش ليتوگرافي یا چاپ سنگی7
1-2-10 روش پوشش فیزیکی یا مخلوط کردن7
1-2-11 روش پوشش‌دهي چرخشي8
1-2-12 روش الكتروريسی9
1-2-13 روش بمباران یونی یا سايش با باريكۀ يوني10
1-2-14 روش لايه نشاني با ليزر پالسي10
1-2-15 روش قالب گيري حلال11
1-2-16 روش كاشت يوني11
1-2-17 روش کوپلیمریزاسیون پیوندی12
1-2-18 روش نانوايمپرينت یا نانوچاپ13
1-2-19 روش قلم آغشته14
1-2-20 ایجاد زبری توسط ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي14
1-2-21 ایجاد زبری به روش میکروسکوپ نیروی اتمی15
1-2-22 ایجاد فرسایش توسط لیزر15
1-3 پیشینه پژوهش اصلاح سطحی صورت گرفته توسط پرتودهی لیزر18
1-4 ارزیابی تغییرات شیمیایی، فیزیکی و خواص ایجاد شده ناشی از پرتودهی لیزر23
1-4-1 واکنش پرتو لیزر و ماده23
1-4-2 تغییرات عوامل شیمیایی ناشی از پرتودهی سطوح توسط لیزر26
1-4-3 تغییرات فیزیکی و مرفولوژیکی ناشی از پرتودهی سطوح توسط لیزر28
1-4-4 خواص و کاربرد‌های سطوح اصلاح شده توسط پرتودهی لیزر31
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1. واکنش‌های شیمیایی اساسی ایجاد شده، بعد از پرتودهی پلیمر [13].27
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 1-1. تغییر شکل ساختمان سطحی مونو فیلامنت‌های پلی‌استر (دارای 320 درصد ازدیاد طول) با افزایش شدت انرژی و تعداد پالس‌دهی لیزر، در طول موج پرتودهی 248 نانومتر و فرکانس پالس 2 هرتز [31].29
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 1-1. شماتیکی از روش‌های جذب خود مهاجرتی، خود آرایش یابندگی و لایه به لایه [13].8
شکل 1-2. شماتیکی از يك سيستم لايه نشاني با ليزر پالسي [1].11
شکل 1-3. شماتيكی از پديدۀ اصلاح سطح يك بلور، به كمك كاشت يوني [1].12
شکل 1-4. فرآيند ایجاد زبری توسط روش قلم آغشته [1].14
شکل 1-5. تصویر کامپوزیت پلی‌اتراترکتون پرتودهی شده با لیزر، در طول موج پرتودهی 308 نانومتر و شدت انرژی 1 ژول بر سانتیمتر مربع [10].37
فصل اول
پیشینه پژوهش اصلاح سطح توسط پرتودهی لیزر

1-1 پیشگفتار

خواص سطحی مواد در تعیین کاربرد‌های آن‌ها مهم می‌باشد و امروزه روش‌های مختلفی برای اصلاح این خواص استفاده می‌شوند. خواص مهم مواد پلیمری از قبیل چسبندگی، اصطکاک، تر شوندگی، نفوذ پذیری و سازگاری با محیط زیست می‌باشند که در عمل، همۀ این ویژگی‌ها از خصوصیات سطحی تأثیر می‌پذیرند. اصلاح سطح فرآيندي پركاربرد و مهم در فناوري نانو بشمار می‌رود که باعث گسترش کاربرد مواد شده است [1،2]. اصلاح سطحی عبارت است از اصلاح سطح بيروني با هدف تأثیر گذاشتن بر خواص مختلف مورد نظر، با حفظ ویژگی‌های کلیدی فیزیکی، که اگر اين گونه اصلاح سطح به طور صحيح انجام شده باشد، خواص مکانيکي و عملکرد نمونه تحت تأثیر قرار نخواهد گرفت، ولي خواص مورد نظر تغيير کرده و بهبود خواهد يافت [3].
اصلاح سطح، عملی است که برای ایجاد مشخصه‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مختلف بر روی سطح مواد انجام می‌شود. اصلاح سطح معمولاً در مواد جامد و معمولاً با اهداف کنترل شکست و سایش (مانند ایجاد سختی، شکست، خستگی، مقاومت به سایش و غیره)، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، تغییر خواص فیزیکی مانند رسانایی، مقاومت الکتریکی، انعکاس نور و غیره، تغییر زبری سطح، ایجاد قابلیت آبدوستی، ایجاد سطوحی با قابلیت ابرآبگریزی [4]، رنگبري سطحی، ايجاد خواص چسبندگي و اتصال بر روي سطح [5]، استریلیزه کردن [3]، پاک‌کنندگی سطحی [6]، خود تمیز شوندگی، ضد مه شدن و ضد برف شدن، خواص شفاف شدن یا پشت‌نما شدن [7]، ایجاد خواص حرارتی و قابلیت تأخیر در مشتعل شدن [8]، کنترل تحرک یا چسبیدن مواد زیستی [9]، افزايش قابلیت نفوذ، فیلتراسیون یا تصفیه کردن [10]، سازگاری بیولوژیکی یا عکس آن و قابلیت واکنش پذیری [6،11]، افزايش خواص رنگ پذيري، رنگرزی و چاپ [12] و افزایش قابلیت پايداري و ثبات ابعادي [5] انجام می‌شود.
اصلاح سطح پلیمر یک مبحث قدیمی است که منجر به کاربرد بیشتر مواد پلیمری مصنوعی در جوامع انسانی شده و در زمینه‌های مختلف از قبیل چسب‌ها، فیلتراسیون غشایی، پوشش‌دهی، اصطکاک و خوردگی، کامپوزیت‌ها، ابزارهای میکرو‌الکترونیکی، فناوری لایه‌ها و فیلم‌های نازک، بیومواد و غیره به کار گرفته شده است. به علت این مسائل، بهینه‌سازی و اصلاح سطح برای یک پلیمر بدون تغییر خواص تودۀ آن، موضوع تحقیقات کلاسیک سال‌ها قبل بوده است، و حتی هنوز هم تحقیقات عالی بر روی کاربرد‌های جدید مواد پلیمری به ویژه در زمینۀ بیوتکنولوژی و مهندسی پزشکی انجام می‌شود [13].

1-2 روش‌های اصلاح سطحی مواد

روش‌های موجود برای اصلاح سطح و ایجاد نانو یا میکروساختار‌ها، با طبقه‌بندی ماهیت تغییر و اصلاح به دو گروه فیزیکی و شیمیایی و به طور کلی به گروه‌های لایه‌برداری یا ایجاد فرسایش، رسوب‌دهی یا پوشش‌دهی، تغییر شکل از طریق کشش مکانیکی، قالب‌دهی، مخلوط کردن و خود ساخت1 تقسیم‌بندی می‌شوند، که هرکدام از این سیستم‌ها دارای روش‌های متفاوتی هستند [4].
تا کنون روش‌ها و فرآيندهاي مختلفی برای ایجاد زبری و اصلاح سطح گزارش شده است که از روش‌های متداول تغییر و اصلاح خواص سطحی با ایجاد زبری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-2-1 اصلاح سطح توسط فرآوری و عملکرد پلاسما2
فرآيند‌هاي تكميل و رنگرزي در صنعت نساجي همواره با محدودیت‌های مختلفی روبرو بوده است. از روش‌هاي بهبود رنگ‌پذیری می‌توان به استفاده از پلاسما و كرونا3 اشاره كرد. اين روش‌ها قادر به اصلاح سطح منسوجات، بدون تغيير در خواص دروني پليمر در يك محيط خشك، بدون آب و مواد شيميايي هستند [5]. در عملیات واکنش پلاسما با افزایش پلاریته، آبدوستی و بار الکتریکی سطح پلیمر می‌توان کاربرد‌های مفید مانند افزايش ترشوندگي سطحي، چسبندگی، رنگ پذیری، خون سازگاری و غیره را کسب نمود [3،13،14].
1-2-2 روش‌های عملیات شیمیایی‌تر و محلول‌ها4
تغییر و اصلاح شیمیایی شامل اثر یک یا چند نوع ماده بر یک سطح، جهت ایجاد سطحی با خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب‌تر می‌باشد. بعضی مولکول‌های پلیمر شامل گروه‌های جانبی شبیه به هیدروکسیل، کربوکسیل، آمینو، استر و غیره هستند که این نوع از پلیمر‌ها می‌توانند مستقیماً با واکنش شیمیایی دگرگون شوند. در این روش پلیمر تحت تأثیر یکسری از حلال‌های شیمیایی قرار می‌گیرد تا با ایجاد یکسری از گروه‌های خاص شیمیایی مانند آلدئید‌ها، اسیدهای کربوکسیلیک، هیدروکسیل‌ها و آمین‌های اولیه بتوان خواص عملکردی خاصی را در سطح پلیمر ایجاد کرد [13].

1-2-3 روش تجزیه حرارتی به کمک افشاندن5
در یک تحقیق انجام گرفته توسط تاروال6 و همکارانش [7]، از تکنیک تغییر ماهیت شیمیایی در اثر افشاندن مخلوطی از استات روی و آب و ایجاد شدن حرارت بر روی شیشه همراه با تولید فیلمی از اکسید روی استفاده شده، جهت دست‌یابی به خاصیت آبگریزی و قابلیت انتقال بالای نور، که در نهایت به خواص شفاف شدن یا پشت‌نما شدن، خود تمییز شوندگی، ضد مه شدن و ضد برف شدن رسیده و از آن روش در میکروچیپ‌های متحرک و میکرو‌راکتورها استفاده شده است.

1-2-4 روش سُل‌ژل7
فرآیند سُل‌ژل یك روش شیمیایی‌تر با استفاده از یك اكسید فلزی می‌باشد و در واقع از اصل محلول‌سازي و رسوب‌دهي جامدات در مايعات با استفاده از تغيير پارامترهايي مثل دما استفاده کرده و محصولاتي مثل پوشش و پودر را بدست مي‌آورند. البته بايد يادآور شد كه پوشش‌هايي كه از اين روش توليد می‌شوند داراي تخلخل‌هايي هستند، كه بعضی خواص آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد [14].

1-2-5 روش ایجاد زبری و رسوب‌دهی پاششی توسط مگنترون8
اساساً يك ابزار رسوب‌دهي پاششي شامل يك هدف، كه منبع مواد رسوب داده شده بوده، و يك زيرﻻيه است. رسوب‌دهي پاششي يك روش ساختارسازی است كه شامل رسوب‌دهي موادي است كه قبلاً از سطح هدف جدا و بر روی زیرلایه پاشيده شده‌اند. تكنيك مذكور اغلب در ساخت انواع مختلف پوشش‌هاي محافظ، تكنولوژي سِل‌هاي خورشيدي و فيلم‌هاي نازك ابر رسانا‌ها كاربرد دارد. همچنين در مهندسي مواد نانوساختار (به عنوان مثال نانوفيبرها، فولرن‌ها، فيلم‌هاي نازك نانوكريستال) استفاده می‌شود [1،14].
1-2-6 روش رسوب شيميايي بخار9
اولين كاربردهاي این روش به توليد لامپ‌هاي رشته‌اي10 در سال 1880 بر می‌گردد كه در آن از روش رسوب شيميايي بخار براي افزايش استحكام رشته‌هاي كربني با رسوب فلز استفاده شد. فرآيندهاي رسوب شيميايي بخار انواع گوناگوني دارند، اما به طور كلي در همۀ آن‌ها از محفظه‌اي به نام رآكتور استفاده می‌شود كه پيش ماده با ورود به رآكتور به صورت يك لايه نازك روي سطح زيرپايه رسوب كرده، در حالي كه دچار يك سري تغييرات شيميايي می‌شود و پوششي با تركيب و خواص مورد نظر را ايجاد می‌كند [1].
رسوب شيميايي بخار در مورد پلیمرها توسط عمل پلاسما انجام می‌شود و در این روش گاز مونومر مستقیماً به محفظۀ پلاسما اعمال شده و پلیمریزه می‌شود. پلیمر ابتدا در فاز گازی تولید شده، و سپس تولیدات منتج شده روی سطح منفی با دمای پایین به شکل یک لایۀ ضخیم رسوب می‌کند [13].
1-2-7 روش رسوب فيزيكي بخار11
اين روش شامل يك فرآيند فيزيكي مثل تبخير دما بالا در خلاء يا كندن مواد با پلاسما می‌باشد و بر خلاف روش رسوب شيميايي بخار پوشش‌دهي با انجام يك واكنش شيميايي در سطح زيرپايه همراه نيست. امروزه به كمك روش رسوب فيزيكي بخار می‌توان ساختارهاي لايه نازك، به ضخامت يك لايه اتمي را رسوب داد كه اين در نانوفناوري اهميت ويژه‌اي دارد. از مزيت‌هاي روش رسوب فيزيكي بخار می‌توان به این نکات اشاره کرد که از نظر زيست محيطي نسبت به برخي فرآيند‌هاي مشابه از جمله رسوب شيميايي بخار برتری داشته و آلودگي كمتري ايجاد می‌كند [1].

1-2-8 روش پرتودهي ایکس، گاما و الکترون توسط شتاب‌دهندۀ رودوترون12
این پرتوها اگرچه با روش‌هاي مختلف تولید می‌شوند، ولی در اصل یک کار را انجام می‌دهند. انرژي منتقل شده توسط این پرتوها در فرآیند پرتودهی منجر به تغییرات فیزیکی و شیمیایی، همچنین اصلاحات سطحی و حتی داخلی می‌شود و در نهایت باعث ایجاد پلیمریزاسیون، پیوند عرضی و استریلیزاسیون می‌گردد. این نوع پرتوها از نوع پرتوهاي یونیزه‌کننده می‌باشند، زیرا انرژي آن‌ها در حدي است که فقط می‌توانند الکترون‌ها را از اتم‌ها و مولکول‌ها جدا کرده و آن‌ها را به یون تبدیل کنند [22].
اختلاف عمدۀ پرتوهاي ایکس، گاما و الکترون در قدرت نفوذ آن‌ها در ماده است. پرتوهاي ایکس و گاما داراي قدرت نفوذ زیاد هستند، در حالی که نفوذ الکترون بستگی به انرژي الکترون‌هاي شتاب داده شده دارد. با یک شتاب‌دهنده الکترون دز مورد نظر به سرعت در حد ثانیه اعمال می‌گردد، ولی با پرتو گاما این کار ممکن است ساعت‌ها طول بکشد. پرتو گاما از رادیو ایزوتوپ کبالت 60 و پرتو ایکس با دستگاه‌هاي خاص مثل شتاب‌دهنده‌ها تولید می‌شوند [22].

1-2-9 روش ليتوگرافي یا چاپ سنگی13
لیتوگرافی فرآیندی است که در ساخت ریزساختارها به کار می‌رود و در آن بخشی از لایه‌ای خاص یا تکه‌ای از زیرلایه به طور انتخابی برداشته می‌شود. لیتوگرافی یک تکنیک کاملاً مجهز و پایه‌ای است که برای ایجاد ناحیۀ وسیعی از طرح‌های تکراری در اندازه‌های میکرو و نانو کاربرد دارد [4]. در این روش با به کار بردن یک نقاب نوری، طرح هندسی مورد نیاز روی لایۀ فلزی یا زیرلایه‌ای که حساس به نورند ایجاد و با انجام عملیات شیمیایی، طرح هندسی لایه‌برداری می‌شود. از معایب این روش، نیازمندیش به سطوح صاف و هموار است که ساخت قطعات با سطوح ناهموار را بسیار دشوار می‌کند [1]. جانگ14 و همکارانش [23] ایجاد نانوزبری بر روی پارچۀ پلی‌تری‌متیلن‌ترفتالات و پلی‌استر را توسط پرتودهی تناوبی لامپ فرابنفش گزارش داده، و روی ساختمان‌های ایجاد شده، خواص رنگ پذیری و ثبات رنگی را بررسی کردند.

1-2-10 روش پوشش فیزیکی یا مخلوط کردن15
شاید ساده‌ترین راه میانبر برای حرکت به جلو در راستای اصلاح هدفمند سطح پلیمر، مخلوط کردن مولکول‌های عمل گر (عامل‌های مؤثر برای رسیدن به هدف) با پلیمر‌های محلول، یا فقط پوشاندن پلیمر‌های جرمی روی پلیمر‌های سطحی باشد. اگرچه بزرگ‌ترین محدودیت این روش ناپایداری ساختار سطحی پلیمر و مخفی شدن مواد عمل گر در پلیمر است، اما اگر این تغییر ساختار آنقدر زیاد نباشد که کاربرد مواد را تحت تأثیر قرار دهد، این روش هنوز یک انتخاب خوب است، که از جمله این روش می‌توان به روش‌های خود مهاجرتی، خود آرایش یابندگی و لایه به لایه اشاره کرد. تشریح روش‌های جذب خود مهاجرتی، خود آرایش یابندگی و لایه به لایه در شکل 1-1 آورده شده است [13].

شکل 1-1. شماتیکی از روش‌های جذب خود مهاجرتی، خود آرایش یابندگی و لایه به لایه [13].
در روش خود مهاجرتی، مواد عمل گر با طراحی خاص ساختار شیمیایی در میان محلول پلیمر مخلوط می‌شود و چون تمایل به سمت، رسیدن به حداقل انرژی است، مولکول‌های مواد عمل گر خود به خود به سمت سطح پلیمر حرکت نموده و سرانجام با انباشته شدن بر روی سطح پلیمر، خواص سطحی پلیمر را مشخصاً تغییر می‌دهند. در روش خود آرایش یابندگی مولکول‌های مواد عمل گر فعال، روی سطحی با بار منفی، به کمک یکسری عملیات شیمیایی، الکترواستاتیکی و ایجاد باند‌های هیدروژنی متصل و توزیع می‌شوند. در روش لایه به لایه ماکرومولکول‌های شارژ شدۀ مثبت و منفی به واسطۀ برهمکنش‌های الکترواستاتیکی و فعل و انفعالات شیمیایی قوی، به طور متناوب بر روی سطح پلیمر، اعمال می‌شوند [13].

1-2-11 روش پوشش‌دهي چرخشي16
پوشش‌دهي چرخشي روشي براي اعمال پوشش‌هاي نازك بر روي زيرپايه‌هاي مسطح می‌باشد. در اين روش ابتدا بر اساس ضخامت مورد نظر لايه، مقدار ماده لازم به طور تقريبي تعيين می‌گردد. سپس مقداري محلول بيش از ميزان لازم روي زيرپايه قرار داده می‌شود. در ادامه زيرپايه با سرعت بالا چرخانده می‌شود تا سيال بر اساس نيروي گريز از مركز روي سطح پخش شود و نازك‌سازي لايه به انجام رسد. ماشين مورد استفاده در اين روش پوشش دهنده، اسپينر17 ناميده می‌شود. گردش زيرپايه در حالي كه محلول از لبه‌هاي آن بيرون می‌ريزد ادامه می‌يابد تا ضخامت مورد نظر بدست آيد. حلال مورد استفاده ماده‌اي فرار است و در حين گردش تبخير می‌شود. هر چه سرعت زاويه‌اي فرآيند بالاتر باشد فيلم ايجاد شده نازک‌تر خواهد بود [1].

1-2-12 روش الكتروريسی18
در روش الكتروريسي از نیروهای الکترواستاتیکی براي ريسيدن الياف نانومتري از يك فاز مايع استفاده می‌شود. بخش‌هاي مختلف يك سيستم استاندارد الكتروريسي عبارتند از يك رشته‌ساز19 كه شامل يك سرنگ با سوزن تزريق متصل به يك منبع توان بالا (50-10 کیلوولت)، يك پمپ و يك صفحۀ جمع كننده متصل به زمين می‌باشد. رشته‌ساز به كاتد و صفحه به آند متصل است. محلول يا مايع و يا مذاب وارد سرنگ مي‌شود و با فشار پمپ، تحت سرعت ثابتي تزريق می‌گردد كه اين عمل باعث شكل‌گيري يك قطره در نوك سوزن می‌شود. با اعمال ولتاژ، قطره به صورت مخروط تيلور20 كشيده مي‌شود. اگر كشش بين مولكولي مايع به اندازه كافي بالا باشد، اين جريان ايجاد شده گسسته نشده و يك جت مايع باردار ايجاد مي‌شود. اين جت بر اساس نيروي دفع الكترواستاتيك طويل شده و مسيري مارپيچ را طي می‌كند. اين روند تا رسوب آن بر روي صفحه جمع كننده ادامه می‌يابد [1].
میزوکوشی21 و همکارانش [24] اثر زبری سطح را بر قابلیت اصلاح سطح و ترشوندگی لایه‌های الکتروریسی شده مطالعه کرده‌اند. نتایج بدست آمده نشان می‌داد که در اثر ازدیاد زبری سطح، ترشوندگی لایه‌های پلیمری با ماهیت آبدوستی افزایش می‌یابد، در حالی که افزایش زبری سطح لایه‌های پلیمری با ماهیت آبگریزی سبب کاهش ترشوندگی لایه می‌شود.
1-2-13 روش بمباران یونی یا سايش با باريكۀ يوني22
به طور ساده فرآيند سايش با باريكه يوني را می‌توان يك شن‌سايي23 اتمي ناميد كه در آن يون‌ها نقش دانه‌هاي شن را بازي می‌كنند. يون‌هاي شتاب گرفته سطح نمونه‌اي را كه درون يك محفظه خلاء نصب شده است، بمباران يوني می‌نمايند. عموماً سايش با باريكه يوني در آماده‌سازي نمونه براي ميکروسکوپ الکتروني عبوري24 كاربرد دارد. هدف اين است كه نمونه به طور يكنواخت نازك شود و كيفيت سطح بالايي داشته باشد. از ساير كاربردها می‌توان پوليش و ريزسابي لنزهاي اپتيكي را نام برد. به طور كلي هر جا لايه برداري از سطح نمونه در مقياس اتمي و يا نازك‌سازي نمونه مطرح باشد اين روش بكار می‌رود [1].

1-2-14 روش لايه نشاني با ليزر پالسي25
در این روش پرتو ليزر با قدرت باﻻ به صورت متناوب با ماده هدف در حال چرخش برخورد می‌كند. مواد هدف كه توسط ليزر كنده شده‌اند، منجر به كنده شدن لحظه‌اي (فرسايش) ﻻيه‌هاي اتمي می‌شوند كه در نزديكي سطح قرار می‌گيرند. انرژي كه ضمن اين فرآيند ايجاد می‌شود، منجر به تبخير مواد و حركت سريع آن‌ها به سمت زیرﻻیه و در نهايت رسوب‌دهي آن‌ها می‌شود. در واقع فناوري لايه نشاني با ليزر پالسي نوعي تكنيك رسوب فيزيكي بخار بشمار می‌رود که باعث توليد اولين ابررساناي سرامیکی26 گرديد. در شكل 1-2 شماتيك يك سيستم لايه نشاني با ليزر پالسي نشان داده شده است [1].

شکل 1-2. شماتیکی از يك سيستم لايه نشاني با ليزر پالسي [1].
1-2-15 روش قالب گيري حلال27
قالب گيري حلال يك روش ساده براي توليد داربست مهندسي بافت است. در اين روش پليمر در يك حلال مناسب حل شده و در قالب ريخته می‌شود. سپس حلال حذف گرديده و حالت پليمر را در شكل مورد نظر حفظ مي‌كند. در اين شيوه می‌توان با شستن ذراتي مانند كريستال‌هاي نمك كاشته شده درون پليمر كه پروژن28 خوانده می‌شوند، داربست را به صورت متخلخل درآورد. عيب اصلي قالب گيري حلال باقي ماندن احتمالي حلال سمي درون پليمر است [25].
1-2-16 روش كاشت يوني29
اصولاً فناوري كاشت يوني يك روش مهندسي سطح به شمار می‌رود. در این فرآيند، يون‌هاي معيني در ساختار يك جامد اصطلاحاً كاشته می‌شوند و خواص آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند. تكنيك كاشت يوني عمدتاً در صنعت نيمه‌هادي‌ها كاربرد دارد. يون‌هاي كاشته شده در ماده هدف علاوه بر ايجاد تغيير شيميايي، تغييرات ساختاري نيز به وجود می‌آورند كه بر اثر آن شبكه بلوري ماده هدف می‌تواند آسيب دیده و يا حتي تخريب گردد. شكل 1-3 عملکرد پديدۀ اصلاح سطح يك بلور، به كمك كاشت يوني را نشان می‌دهد [1].

شکل 1-3. شماتيكی از پديدۀ اصلاح سطح يك بلور، به كمك كاشت يوني [1].
1-2-17 روش کوپلیمریزاسیون پیوندی30
در بین روش‌های تغییر سطح که تا کنون توسعه یافته‌اند، پیوند زدن مونومر‌ها یک روش ساده، مفید، تطبیق پذیر و با دامنۀ کاربرد وسیع برای بهبود بخشیدن خواص سطحی پلیمرها است. برای ایجاد کوپلیمریزاسیون پیوندی، باید اول رادیکال‌ها یا گروه‌هایی که قابلیت تولید رادیکال‌هایی شبیه گروه‌های پراکسید را دارند، با سطح واکنش داده شوند. برای بیشتر پلیمر‌های شیمیایی خنثی، این نیاز می‌تواند توسط پرتودهی (پرتو گاما، پرتو الکترونی، فرابنفش، لیزر و غیره)، روش پلاسما، اکسیداسیون با آب اکسیژنه یا هیدروژن پراکسید31 و ازن32، یا اکسیداسیون توسط یون سریم33 انجام شود [13].
میرزاده و همکارانش [11] رفتار سلول‌هاي فيبروپلاست بر روي سيليكون الاستومر پيوند شده با پلی‌اكريليك اسيد، توسط ليزر پالسي دی‌اکسید‌کربن را، براي كاربرد‌هاي مهندسي بافت بررسی کرده و نشان دادند که اين روش براي تغيير سطح هر ماده، حتي پليمرهاي خنثي از نظر شيميايي مانند سيليكون‌ها كاربردي است. در یک بررسی دیگر توسط میائو34 و همکارانش [8] اصلاح سطحی پارچۀ پنبه‌ای با پرتو گاما برای رسیدن به خواص آبگریزی، آبدوستی توسط پیوند دادن آن با پرفلوئوروآلکیل‌فسفات‌اکریلات صورت گرفته است.
در بررسی انجام گرفته توسط کستینگ35 و همکارانش [26] اصلاح سطحی فیلم‌های پلی‌پروپیلنی، توسط پرتودهی لیزر اکسایمر در حضور اسید اکریلیک گزارش شده، که نشان دادند واکنش‌های ایجاد پیوند توسط لیزر اکسایمر در مونومر‌های واکنش پذیر زنجیرۀ اصلی پلیمر، دارای کارایی بیشتر نسبت به پرتودهی مستقیم پلی‌پروپیلن است. همچنین ایگور لوزینوف36 و همکارانش [27] تکنیک‌های ایجاد اصلاح سطحی قابل استفاده، مانند روش کوپلیمریزاسیون پیوندی و استفاده از نانو‌ذرات را برای تولید الیاف ابرآبگریز مورد بررسی قرار داده‌اند.

1-2-18 روش نانوايمپرينت یا نانوچاپ37
ایجاد زبری و الگوهای خاص توسط روش نانوايمپرينت روشي نوين در ساخت مواد نانومتري است كه اولين بار در سال 1995 توسط استفان چو38 از دانشگاه پرينستون معرفي گرديد. در اين روش ایجاد زبری و الگوهای خاص با تغيير شكل مكانيكي لايۀ محافظ ايمپرينت و فرآيندهاي بعدي ايجاد مي‌گردد. لايۀ محافظ ايمپرينت يك مونومر يا پليمر است كه در طي فرآيند ايمپرينت با حرارت يا نور فرابنفش پخت مي‌شود. پس از اينكه قالب و زيرلايه به هم فشار داده مي‌شوند، پخت لايۀ محافظ با پرتو فرابنفش انجام مي‌شود تا سخت گردد. پس از جداسازي قالب، الگوي حك شده با يك روش انتقال الگو به زيرلايه منتقل مي‌گردد [1].
1-2-19 روش قلم آغشته39
قلم آغشته روشي جديد در ایجاد نانوزبری است كه اولين بار در سال 1999 در دانشگاه نورث وسترن40 معرفي گرديد. در اين روش يك پروب میکروسکوپ نیروی اتمی که با مولكول‌هاي يك جوهر مثل آلكانتيول41 پوشش داده شده است، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. وقتي نوك پروب در نزديكي سطح قرار مي‌گيرد يك قطره آب در فاصله نوك پروب و سطح چگاليده مي‌شود. اين فضاي آبي مانند پلي براي مولكول‌هاي جوهر عمل مي‌كند كه از اين طريق به سطح انتقال مي‌يابند و با سطح وارد واكنش مي‌شوند. شكل 1-4 شماتيك فرآيند ایجاد زبری توسط روش قلم آغشته را نشان مي‌دهد [1].

شکل 1-4. فرآيند ایجاد زبری توسط روش قلم آغشته [1].
1-2-20 ایجاد زبری توسط ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي42
در ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي، ایجاد زبری نانومتري به كمك تجزيه حرارتي با الكترون43 انجام مي‌شود. در حالت رسوب‌دهي ماده با استفاده از ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي، نوك پروب این ميكروسكوپ به عنوان يك منبع نشر عمل مي‌كند. وقتي يك ولتاژ اعمال شود اتم‌ها يا نانو‌ذرات از سطح پروب به سطح ماده هدف انتقال مي‌يابند. بعلاوه ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي براي كار با تك اتم‌ها، به منظور ايجاد نانو‌ساختارها هم بكار مي‌رود. توسعه اين فناوري توانايي این ميكروسكوپ را در ایجاد نانوزبری به بالاترين حد ممكن، يعني قدرت تفكيك در حد چند اتم رسانده است [1].

1-2-21 ایجاد زبری به روش میکروسکوپ نیروی اتمی44
در ایجاد زبری به روش میکروسکوپ نیروی اتمی محدوديت‌هاي كمتري نسبت به ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي وجود دارد، چرا كه در شرايط محيطي معمولي قابليت كاركرد دارد و هر نوع ماده‌اي را نيز مي‌توان با میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسي قرار داد. بعلاوه در صورت استفاده از يك پروب رسانا، میکروسکوپ نیروی اتمی، عمده عملكردهاي ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي را خواهد داشت. لايه‌برداري از سطح (ایجاد فرسایش و زبری) توسط میکروسکوپ نیروی اتمی، در مقياس نانومتري به كمك ماشينكاري يا تراش‌دهی با پروب به انجام مي‌رسد. همچنین مكانيزم رسوب‌دهي مواد توسط میکروسکوپ نیروی اتمی، مشابه ميكروسكوپ تونل‌زني روبشي مي‌باشد [1].

1-2-22 ایجاد فرسایش توسط لیزر45
این روش در اینجا به صورت اجمالی مورد بحث قرار گرفته است، توضیحات و بررسی‌های کامل در مورد این فرآیند در بخش‌های بعدی آورده شده است. اصلاح سطحی پلیمرها مبحثی با اهمیت فراوان است که منجر به کاربرد وسیع مواد، به ویژه پلیمرهای مصنوعی در جوامع انسانی شده است. تا کنون روش‌ها و فرآيندهاي مختلفی برای اصلاح سطحی مواد گزارش شده و از میان آن‌ها، به منظور بهبود خواص سطحی پلیمر‌ها، روش پرتودهی بیشتر مورد توجه بوده است. از روش‌هاي پرتودهی قابل استفاده براي اصلاح سطحی و بهبود خواص مورد نظر بر روی پليمر‌ها، پرتودهي با استفاده از پرتو ليزر است [3،29].
تغييرات حاصل از پرتودهی ليزر، محدود به سطح مواد بوده و خسارات احتمالي به تودۀ مواد، نسبت به پرتوهاي ديگر مثل گاما و الكتروني به حداقل رسيده و خواص مكانيكي مواد حفظ شده است. با توجه به تحقيقات انجام شده در زمينۀ بهينه‌سازي فيلم‌ها و الیاف پليمري با ليزر، مشخص شده است كه فرسایش حاصل از پرتودهي ليزر بر روی سطوح، همراه با ایجاد تغييرات شيميايي، مانند به وجود آمدن گروه‌هاي عاملي جديد و همچنین تغييرات فيزيكي، مانند پدیدار شدن مرفولوژی منحصر به فرد با ساختاری منظم در نواحي تابش ديده بوده، که منجر به بهبود خواص پليمری شده است [3،29].
پرتو لیزر باعث برداشتن و یا فرسایش مواد از سطوح پلیمری می‌شود، به طوری که این پدیده به فرسایش نور تجزیه‌ای46 معروف است [28]. فرآيند ایجاد فرسایش توسط لیزر عبارت است از برداشتن ماده از سطح به كمك تابش يك باريكه ليزر به سطح. عموماً در اين فناوري از ليزر پالسي بهره گرفته می‌شود، ولي در صورتي كه شدت باريكه ليزر به حد كافي بالا باشد، امكان استفاده از موج پيوستۀ ليزر نيز وجود دارد. مزاياي سايش و اصلاح سطح با استفاده از لیزر عبارتند از:
1. از هيچ حلالي استفاده نمی‌شود و ماده با هیچ‌گونه تركيب شيميايي در تماس قرار نمی‌گيرد كه اين از نظر زيست محيطي بسيار مناسب است.
2. با وجود هزينۀ سرمايه گذاري اوليه، هزينۀ كلي آن نسبت به روش‌های ساينده‌ي خشك مثل سايش با يخ خشك (دی‌اکسید‌کربن جامد) كمتر است [1].
3. این فرآيند ظرافت بيشتري نسبت به روش‌هاي ديگر سايش داشته و قابلیت اصلاح مناطق کوچک، بدون تأثیر گذاشتن بر مناطق دیگر را دارد، براي مثال الیاف كربن درون يك كامپوزيت در روش ایجاد فرسایش توسط لیزر آسيب نمی‌بينند.
4. آسیب‌دیدگی کمتر سطح پلیمر و نفوذ حرارتی کنترل شده
5. انعطاف پذیری و قابلیت عملکرد بر روی انواع مواد
6. سرعت و دقت بالای فرآیند و قابلیت تکرار خوب
7. سادگی در روش کار و عدم نیاز به کنترل شدید فرآیند
تنها مشکل این روش هزینۀ بالاتر در سرمایه گذاری اولیه، مصرف انرژی حین کار و تعمیر و نگهداری آن نسبت به بقیۀ روش‌ها می‌باشد، ولی در نهایت این روش به خاطر داشتن این مزایا به عنوان یک روش مطلوب بشمار می‌رود [10].
1-3 پیشینه پژوهش اصلاح سطحی صورت گرفته توسط پرتودهی لیزر

در سال 1982 سرینیواسان47 و همکارانش [32] (در آمریکا) در زمینۀ خود اصلاح شوندگی با فرسایش نوری بر روی فیلم پلی‌اتیلن‌ترفتالات48، توسط پرتودهی لیزر اکسایمر فرابنفش تحقیق کردند. طبق این بررسی به این نتیجه رسیدند که پرتودهی در طول موج 193 نانومتر توسط لیزر اکسایمر آرگون فلوئورید، می‌تواند باعث فرسایش سطوح فیلم پلی‌اتیلن‌ترفتالات در یک رفتار کنترل شده، بدون نیاز به هیچ‌گونه عملیات بعدی شود.
همین‌طور در سال 1982 کاوامورا49 و همکارانش [33] (در ژاپن) در مورد تأثیر عمیق فرسایش نور فرابنفش بر روی فیلم پلی‌متیل‌متااکریلات توسط یک لیزر اکسایمر، بررسی‌هایی را انجام دادند. در این تحقیق، نتایج حاصل از آزمایشات در فرسایش نوری پلی‌متیل‌متااکریلات به وسیلۀ لیزر اکسایمر، نشان داد که لیزر می‌تواند به عنوان یک منبع نوری اثر گذار در فرسایش توسط نور فرابنفش عمل کند.
در سال 1983 آندری50 و همکارانش [34] (در انگلیس) بر روی فرسایش مستقیم مواد پلیمری با استفاده از لیزر زنون کلرید51 تحقیقاتی را انجام دادند. در این بررسی فرسایش فیلم‌های پلی‌اتیلن‌ترفتالات، پلی‌آمید و فیلم‌های مقاوم در برابر نور52، توسط لیزر زنون کلرید انجام شده و همچنین یک مدلسازی گرمایی برای تخریب و فرسایش صورت گرفته است. بر طبق این مطالعات میکرو‌ساختارهای ظاهر شده، توسط فرسایش عمیق این لیزر اکسایمر، مفید بودن آن را اثبات کرده است.
در سال 1986 لازار53 و همکارانش [35] (در آمریکا) بر روی خواص سطحی فیلم‌های پلی‌اتیلن‌ترفتالات اصلاح شده توسط لیزر اکسایمر آرگون فلوئورید54 با طول موج 193 نانومتر و 185 نانومتر با شدت انرژی پایین مطالعاتی را انجام دادند. همچنین در این بررسی گزارش شده که در پرتودهی با لیزر، از شدت انرژی 40 میلی‌ژول بر سانتیمتر مربع به بعد، اثرات فرسایش شروع می‌شود.
در سال 1993 لازار و بنت55 [36] در ادامۀ کارهای قبلی، مطالعۀ آمورف کردن سطح فیلم‌های میلار56 (نوعی پلی‌استر) به کمک پرتودهی لیزر اکسایمر را انجام دادند. در این تحقیق عمق مناطق آمورف توسط اندازه‌گیری مونوکروماتیک الیپسومتری57 یا بیضی سنجی یک تکفام یا یک تک رنگ، شبیه یک عملکرد تابع انرژی پالس، انجام شده بود.
در سال 1995 عترتی و دایر58 [37] در زمینۀ مکانیسم فرسایش پلیمرهای آلی به وسیلۀ لیزرهای اکسایمر و مادون قرمز بررسی‌هایی را انجام داده و روابطی را ارائه نمودند. طبق بررسی‌های انجام شده دریافتند که مواد حاصل از برهمکنش لیزر با پلی‌استر، دی‌اکسیدکربن، مونواکسیدکربن، گروه آلدئیدی59، استالدئيد60، آب، استيلن61 و غیره می‌باشد.
در سال 1997 نیتل62 و همکارانش [31] ساختمان سطحی الیاف مصنوعی پرتودهی شده توسط لیزر اکسایمر را تحت بررسی قرار دادند. آن‌ها دریافتند که در مکان‌های پرتودهی شده، اصلاح فیزیکی به صورت ایجاد ساختمان‌های سطحی منظم رخ می‌دهد.
مجدداً در سال 1997 نیتل و همکارانش [38] در ادامۀ کار قبلی مدل‌ها و مکانیسم ایجاد ساختمان سطحی، در الیاف مصنوعی پرتودهی شده توسط لیزر اکسایمر را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که رهاسازی تنش‌های باقیمانده در الیاف، با نوسانات دمایی بالا مرتبط است، که منجر به رفتاری گروهی63 برای جابجایی زنجیره‌های پلیمری می‌شوند.
در سال 1998 نیتل و اسکولمیر64 [26] در ادامۀ تحقیقات خود تغییرات عاملیتی یا شیمیایی ساختمان سطحی در اثر پرتودهی لیزر را بررسی کرده‌اند. در این تحقیق ترکیبات شیمیایی سطح به همراه ساختمان سطحی ایجاد شده توسط پرتودهی لیزر مواد لیفی‌شکل، از قبیل پلی‌اتیلن‌ترفتالات (پلی‌استر) مورد بحث قرار گرفته است (مانند شکل‌گیری گروه‌های کربوکسیلیک65 بر روی پلی‌استر و شکل‌گیری پیوند‌های کربونیل66 در پلی‌پروپیلن).
همچنین در سال 1998 نیتل و اسکولمیر [10] در ادامۀ کارهای قبلی مربوط به ساختمان‌های سطحی پلیمر‌های مصنوعی پرتودهی شده توسط لیزر اکسایمر، برخی از کاربرد‌های لیزر اکسایمر، در مورد اصلاح سطحی مواد نساجی را نیز مورد مطالعه قرار دادند.
در سال 2001 وونگ67 و همکارانش [39] اصلاح شیمیایی سطح الیاف پلی‌اتیلن‌ترفتالات را توسط پرتودهی لیزر اکسایمر در شدت‌های بالا و پایین مورد بررسی قرار دادند. تکنیک‌های آنالیز سطحی نشان می‌دادند که سطح پلی‌استر به صورت انتخابی (آبدوستی یا آبگریزی)، وابسته به رنج شدتی پرتودهی لیزر اصلاح می‌شود.
در سال 2002 ییپ و همکارانش [2] در یک تحقیق، اثر پرتودهی لیزر و پلاسما را بر روی الیاف فیلامنتی پلی‌آمیدی مورد مطالعه قرار دادند. در این تحقیق مرفولوژی ساختمان سطحی، توسط عملیات پرتودهی لیزر اکسایمر و روش پلاسما در دمای پایین، تحت بررسی قرار گرفته و اثر پارامتر‌های مختلف توسط میکروسکوپ الکترون پویشی مطالعه شده است.
همچنین در سال 2002 ییپ و همکارانش [12] مجدداً در تحقیقی دیگر، تأثیر اصلاح صورت گرفته توسط لیزر اکسایمر، بر روی خواص رنگرزی پارچه‌های پلی‌آمیدی پرتودهی شده توسط لیزر را، که توسط رنگ‌های تجاری موجود از قبیل رنگ‌های اسیدی، دیسپرس و راکتیو رنگرزی شده بودند، هم مورد بررسی قرار دادند.
همچنین در سال 2004 ییپ و همکارانش [40] در یک مطالعۀ جامع و گسترده، در مورد اصلاح سطحی الیاف پلی‌آمیدی توسط پرتودهی لیزر اکسایمر، در طول موج 193 نانومتر و با شدتی بالاتر از آستانۀ فرسایش تحقیقاتی را انجام دادند. همچنین در این مطالعه، اصلاحات شیمیایی و تغییرات توپوگرافی سطحی صورت گرفته توسط عملکرد لیزر نیز، مورد بررسی قرار گرفته است.
در سال 2005 مایرا68 و همکارانش [41] ارزیابی فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی سطح فیلم پلی‌استر پرتودهی شده، توسط لیزر اکسایمر را انجام دادند، که هدف از این کار استفاده از این پلیمر در وسایل پزشکی بود و در نتیجۀ آن قابلیت چسبندگی سلول‌ها و زیست سازگاری آن‌ها بر روی سطوح پلی‌استر پرتودهی شده با لیزر افزایش پیدا می‌کرد.
در سال 2007 میرزاده و باقری [42،43] در دو تحقیق مرتبط با هم، افزايش زيست سازگاري سطح پلی‌استايرن، توسط پرتودهی ليزر اكسايمر آرگون فلوئورید، با طول موج 193 نانومتر و تعداد دفعات پالس‌دهی متفاوت را نسبت به عملکرد پلاسمای اکسیژن و آرگون بررسی کردند، که نتايج حاصل از كشت سلولي، نشانگر افزايش زيست سازگاري پلی‌استايرن در این سه عملکرد بود.
همچنین در سال 2009 میرزاده و همکارانش [11] در تحقیقی دیگر، مطالعۀ رفتار سلول‌هاي فيبروپلاست بر روي سيليكون الاستومر پيوند شده با پلی‌اكريليك اسيد، به روش کوپلیمریزاسیون پیوندی توسط پرتودهی ليزر پالسي دی‌اکسید‌کربن را، براي كاربرد‌هاي مهندسي بافت بررسی کردند. آناليز سطح نشان داد كه شدت انرژي پالس ليزر، هم بر روي ميزان فرسایش و هم بر روي ميزان پيوند انجام شده، تأثیر گذار است.
در سال 2010 نوربخش و همکارانش [5] كاربرد ليزر در اصلاح برخي از خواص سطحي منسوجاتی از قبیل پارچه‌هاي پشمی، نایلونی و پلی‌استری را بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که پرتودهی توسط ليزر اکسایمر، منجر به افزایش جذب آب در الیاف نایلون و پلی‌استر و همچنین کاهش اثرات نمدی شدن در پشم می‌شود.
در سال 2010 اسلپیکا69 و همکارانش [44] در یک تحقیق، سطح برخی پلیمرها را توسط پرتودهی لیزر و همچنین تخلیه الکتریکی پلاسما تحت عملکرد قرار داده و مشاهده کردند که ترکیبات و ساختمان‌های سطحی پلیمر، به طور عمیقی تغییر کرده و منجر به افزایش ترشدگی، هدایت الکتریکی و زیست سازگاری پلیمر شده است.
در سال 2011 چو70 و همکارانش [45] مطالعۀ فیزیکی اصلاح سطحی پارچۀ پنبه‌ای خام را، توسط پرتو‌دهی لیزر دی‌اکسید‌کربن بررسی کردند. در این روش قابلیت ترشوندگی نمونه‌ها افزایش یافته و به دلیل آسیب‌دیدگی ناشی از پرتودهی، استحکام کششی و استحکام تا حد پارگی نمونه‌ها کاهش پیدا می‌کرد.
در سال 2011 اسلپیکا و همکارانش [46] تأثیر زاویه پرتودهی لیزر، در طرح‌دهی نانومتری سطح فیلم پلی‌استر را بررسی کردند. تناوب ساختمان‌های موج شکل، به طول موج لیزر و همچنین زاويۀ بين شعاع تابش لیزر و خط عمود به صفحۀ تحت تابش قرار گرفته، وابسته هستند. با افزایش زاویه تابش در ساختمان‌های نانومتری موجی‌شکل ایجاد شده، شیار‌ها موازی‌تر، بزرگ‌تر و با پهنای بیشتر می‌شدند.
در سال 2012 نوربخش و همکارانش [47] رفتار تمیز شوندگی و جذب آلودگی‌ها، در سطح الیاف پارچۀ پلی‌استری و نایلون 66 را که توسط عملیات لیزر و پلاسما پرتودهی شده بودند، مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان می‌داد که مرفولوژی‌های سطحی ایجاد شده توسط عملیات لیزر و پلاسما بسیار متفاوت بودند.
1-4 ارزیابی تغییرات شیمیایی، فیزیکی و خواص ایجاد شده ناشی از پرتودهی لیزر
1-4-1 واکنش پرتو لیزر و ماده
واکنش پرتو لیزر و ماده، سرآغاز فرسایش لیزری است و کارآمدی انرژی لیزر منتقل شده به ماده را مشخص می‌کند. بازتابش، جذب، انتقال و همچنین پراکنده شدن71 در مورد الیاف، از فرآیندهای اصلی هستند، که واکنش لیزر و ماده را شرح می‌دهند. با توجه به اینکه فرآیندهای بازتابش، انتقال و پراکندگی، انرژی را به ماده منتقل نمی‌کنند، فرآیند فرسایش و حک به صورت گسترده‌ای به جذب وابسته است [3].
1-4-1-1 شرایط مورد نیاز جذب
مهم‌ترین پیش نیاز اثربخشی لیزر در ایجاد ساختمان‌ها در الیاف، یک ضریب جذب بالا وابسته به طول موج انتخابی لیزر است. به طور مثال برای پلی‌استر، با استفاده از طول موج‌های کوچک‌تر از 248 نانومتر، وارد کردن انرژی به مناطق ذوب شده، به لایه‌های سطحی در حدود 0.1 میکرومتر محدود خواهد شد، بنابراین ساختمان‌ها به شکل نازک گسترش پیدا می‌کنند. عمق نفوذ انرژی بیشتری با استفاده از طول موج 308 نانومتر نور لیزر حاصل شده و بالاتر از آن تقریباً باعث آسیب و ذوب الیاف پلیمری و همچنین ایجاد فرم ساختمان‌های وسیع می‌شود [31].
با توجه به ضريب جذب پليمر، سرعت فرسایش و ساير مشاهدات، پليمرها به دو دسته تقسيم مي‌شوند، به طوری که دستۀ اول پليمرهايي هستند كه داراي جذب زيادی می‌باشند (مانند پلی‌استايرن، پلی‌ايميد، پلی‌استر و پلی‌سولفون‌ها). فرسایش در مورد اين پليمرها در يك شاريدگي معين انجام می‌شود كه به آن شدت آستانه فرسایش72 می‌گويند [3]. دستۀ دوم پليمرهايي هستند كه داراي جذب كمی می‌باشند (مانند پلی‌اتيلن، پلی‌پروپيلن و پلی‌وينيليدن‌فلورايد). فرسایش در مورد اين پليمرها به سختي انجام می‌شود و در شدت و سرعت تكرار زياد ذوب‌شدگی رخ می‌دهد [31].

1-4-1-2 برانگيختگي و تفكيك
جذب انرژي پرتو ليزر توسط پليمر باعث تحريك پيوندهاي شيميايي آن و رسیدن به



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید