تاریخچه ی:
سنتز پودرهای شیمیایی با لیزر
نگارش: 1
نگاه کلی
تابش لیزر امکان حرارت دهی سریع و فرونشانی بیشتری را از فرآیندهای متداول شیمی ، فراهم می سازد. بنابراین می توان آنرا برای کنترل سی نیتکی واکنشها به کار برد. سرامیکها گروهی از مواد هستند که از امکان گرمادهی سریع با لیزرهای پرتوان IR بهره مند می شود.
چند سال پیش در موسسه شیمی فیزیک مسکو و راسترم ری در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ، تبدیل پودر گرافیت را به الماس برای اولین بار با استفاده از حرارت دهی سریع و فرونشانی توسط لیزر گزارش دادند. و امروزه هم بسیاری از پودرهای شیمیایی مهم را با استفاده از لیزر سنتز می کنند.
تولید پودرهای ریز از طریق گرما لیزر
لیزرها را می توان برای تولید پودرهای ریز از طریق گرمایی ، از واکنش گرهای گازی ، به دست آورد. واکنشها عملا در محیط بدون دیوار انجام می شود. زیر منطقه داغ محدود به فضایی است که جریان واکنش گر گازی با پرتو لیزر بر همکنش می دهد. طراحی واکنشگاهها طوریست که این ناحیه داغ با هیچ سطحی در تماس نباشد.
سرعت گرما دهی می تواند بیشتر از 106 درجه در ثانیه باشد و مهمتر اینکه ، سرعت گرمادهی و زمان دمای بالا را می توان برای تغییر فراورده کنترل نمود. این تکنیک برای تهیه پودرهای بسیار ریز و نامتراکم تر در دماهای زیاد به کار می رود، بدون اینکه آلودگی سطحی در فرآورده‌ها ایجاد کند.
کاربرد پودرهای ریز
این پودرها در مطالعات کاتالیزوری به کار برده می شوند، و یا در ساخت سرامیکهای صنعتی که خصوصیات مکانیکی بهتری در نتیجه فشرده شدن بهتر و فضاهای خالی کمتر دارند، به کلوخه تبدیل می گردند.
نمونه ای از پودرهای ریز سنتز شده با لیزر
پژوهشگران انستیتو تکنولوژی ماساچوست ، آلایدسیگنال و دوکمیکال لیزرها را در سنتز پودرهای فوق العاده ریز از ذرات سیلسیم ، کاربید ، سیلسیم نیترید ، بور نیترید ، زیرکونیوم بورید ، تیتانیوم دی اکسید و ذرات آهن سیلسید و همچنین آهن کاربید و کاربید تعدادی از فلزات واسطه به کار برده اند.
سنتز بور نیترید با لیزر
بور نیترید ترکیبی است که از هر دو دیدگاه علمی و عملی مورد توجه است. این ماده سه ساختار بلوری دارد : هگزاگونال ، ورتزیت و مکعبی بلاندروی. بسیاری از خصوصیات فیزیکی بور نیترید قابل قیاس با الماس است. از جمله این خصوصیات می توان به چگالی کم ، رسانش گرمایی زیاد مقاومت زیاد در برابر فرسودگی و مقاومتهای الکتریکی زیاد می باشند.
نخستین رشد موفقیت آمیز نوارهای بور نیترید خالص هم بلور» ، با گرماسایی لیزری بر روی بسترهای سیلسیمی به وسیله گری دال و همکارانش از دانشگاه میشیگان به انجام رسید.
روش سنتز
یک لیزر اگزایمر کریپتون فلویورید (248nm) بر روی هدفی از هگزا گونال بور نیترید (hBN) در یک محفظه خلا با فشا نیتروژن 10 میلی تور متمرکز می گردد و از طریق مکانیزم گرماسایی لیزری بور نیترید مکعبی تولید می شود. بستر سیلسیمی در زمان ته نشینی در دمای 500°C نگهداشته می شود. پراش پرتو X و بررسی با میکروسکوپ الکترونی عبوری ، نشان می دهد که نوار فیلمها از فلزات مکعبی خالص تشکیل یافته‌اند. فیلمها در حدود 1000A° ضخامت دارند، آزمایش برای رشد نوارهای ضخیمتر در جریان است.
جنبه اقتصادی سنتز
سنتز لیزری با پودرها ، باعث ایجادی محدوده ای وسیع از موادی شده که ساخت آنها به طور معمولی مشکل است. از نظر اقتصادی این امر بیشتر به هزینه مواد خام و گرمازا یا گرماگیر بودن واکنشها بستگی دارد، تا هزینه مربوط به خود لیزر .
سنتز سیلسیم نیترید بسیار خالص با استفاده از لیزرهای تجارتی موجود ، در حال حاضر با فراورش متداول از نظر اقتصادی رقابت می کند. سیلسیم نیترید پیوند یافته از طریق واکنش ، که از پود سیلسیم سنتزی توسط لیزر ساخته شده است 4 تا 5 برابر محکمتر از نوع معمولی است.
لیزرهای تجاری
از نظر اندازه ، هزینه و توانایی کار در محیطهای صنعتی ، لیزرهای CO2 که برای جوشکاری و برش توسعه یافته اند، برای این گونه سنتزها ایده آل هستند.
پژوهشهایی برای آینده
در حال حاضر دانشمندان سعی می کنند پودرهایی را سنتز کنند که این پودرها دارای واکنش پذیریهای خوب و گزینش پذیری غیر عادی در مقایسه با مواد دارای اجزای معمولی باشند.
مشخصه برتر این ترکیبات سنتزی با لیزر احتمالا اندازه کوچک ذرات و سطح زیاد به همراه خلوص خوب سطحی خواهد بود. بیشترین پژوهشها روی پودرهای سیلسیم و پودهای آهنی انجام گرفته است.
مباحث مرتبط با عنوان
