اساساً یک ابزار رسوب‌دهی پاششی شامل یک هدف، که منبع مواد رسوب داده شده بوده، و یک زیرﻻیه است. رسوب‌دهی پاششی یک روش ساختارسازی است که شامل رسوب‌دهی موادی است که قبلاً از سطح هدف جدا و بر روی زیرلایه پاشیده شده‌اند. تکنیک مذکور اغلب در ساخت انواع مختلف پوشش‌های محافظ، تکنولوژی سِل‌های خورشیدی و فیلم‌های نازک ابر رسانا‌ها کاربرد دارد. همچنین در مهندسی مواد نانوساختار (به عنوان مثال نانوفیبرها، فولرن‌ها، فیلم‌های نازک نانوکریستال) استفاده می‌شود [۱،۱۴].

۱-۲-۶ روش رسوب شیمیایی بخار^[۹]

اولین کاربردهای این روش به تولید لامپ‌های رشته‌ای^[۱۰] در سال ۱۸۸۰ بر می‌گردد که در آن از روش رسوب شیمیایی بخار برای افزایش استحکام رشته‌های کربنی با رسوب فلز استفاده شد. فرآیندهای رسوب شیمیایی بخار انواع گوناگونی دارند، اما به طور کلی در همۀ آن‌ها از محفظه‌ای به نام رآکتور استفاده می‌شود که پیش ماده با ورود به رآکتور به صورت یک لایه نازک روی سطح زیرپایه رسوب کرده، در حالی که دچار یک سری تغییرات شیمیایی می‌شود و پوششی با ترکیب و خواص مورد نظر را ایجاد می‌کند [۱].

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

رسوب شیمیایی 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 [۱۳].

۱-۲-۷ روش رسوب فیزیکی بخار^[۱۱]

این روش شامل یک فرایند فیزیکی مثل تبخیر دما بالا در خلاء یا کندن مواد با پلاسما می‌باشد و بر خلاف روش رسوب شیمیایی بخار پوشش‌دهی با انجام یک واکنش شیمیایی در سطح زیرپایه همراه نیست. امروزه به کمک روش رسوب فیزیکی بخار می‌توان ساختارهای لایه نازک، به ضخامت یک لایه اتمی را رسوب داد که این در نانوفناوری اهمیت ویژه‌ای دارد. از مزیت‌های روش رسوب فیزیکی بخار می‌توان به این نکات اشاره کرد که از نظر زیست محیطی نسبت به برخی فرایند‌های مشابه از جمله رسوب شیمیایی بخار برتری داشته و آلودگی کمتری ایجاد می‌کند [۱].

۱-۲-۸ روش پرتودهی ایکس، گاما و الکترون توسط شتاب‌دهندۀ رودوترون^[۱۲]

این پرتوها اگرچه با روش‌های مختلف تولید می‌شوند، ولی در اصل یک کار را انجام می‌دهند. انرژی منتقل شده توسط این پرتوها در فرایند 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 پرتوهای یونیزه‌کننده می‌باشند، زیرا انرژی آن‌ها در حدی است که فقط می‌توانند الکترون‌ها را از اتم‌ها و مولکول‌ها جدا کرده و آن‌ها را به یون تبدیل کنند [۲۲].
اختلاف عمدۀ پرتوهای ایکس، گاما و الکترون در قدرت نفوذ آن‌ها در ماده است. پرتوهای ایکس و گاما دارای قدرت نفوذ زیاد هستند، در حالی که نفوذ الکترون بستگی به انرژی الکترون‌های 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 ۶۰ و پرتو ایکس با دستگاه‌های خاص مثل شتاب‌دهنده‌ها تولید می‌شوند [۲۲].

۱-۲-۹ روش لیتوگرافی یا چاپ سنگی^[۱۳]

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 [۴]. 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 [۱]. جانگ^[۱۴] و همکارانش [۲۳] 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.

۱-۲-۱۰ روش پوشش فیزیکی یا مخلوط کردن^[۱۵]

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 ۱-۱ آورده شده است [۱۳].

شکل ۱-۱٫ شماتیکی از روش‌های جذب خود مهاجرتی، خود آرایش یابندگی و لایه به لایه [۱۳].
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 [۱۳].

۱-۲-۱۱ روش پوشش‌دهی چرخشی^[۱۶]

پوشش‌دهی چرخشی روشی برای اعمال پوشش‌های نازک بر روی زیرپایه‌های مسطح می‌باشد. در این روش ابتدا بر اساس ضخامت مورد نظر لایه، مقدار ماده لازم به طور تقریبی تعیین می‌گردد. سپس مقداری محلول بیش از میزان لازم روی زیرپایه قرار داده می‌شود. در ادامه زیرپایه با سرعت بالا چرخانده می‌شود تا سیال بر اساس نیروی گریز از مرکز روی سطح پخش شود و نازک‌سازی لایه به انجام رسد. ماشین مورد استفاده در این روش پوشش دهنده، اسپینر^[۱۷] نامیده می‌شود. گردش زیرپایه در حالی که محلول از لبه‌های آن بیرون می‌ریزد ادامه می‌یابد تا ضخامت مورد نظر بدست آید. حلال مورد استفاده ماده‌ای فرار است و در حین گردش تبخیر می‌شود. هر چه سرعت زاویه‌ای فرایند بالاتر باشد فیلم ایجاد شده نازک‌تر خواهد بود [۱].

۱-۲-۱۲ روش الکتروریسی^[۱۸]

در روش الکتروریسی از نیروهای الکترواستاتیکی برای ریسیدن الیاف نانومتری از یک فاز مایع استفاده می‌شود. بخش‌های مختلف یک سیستم استاندارد الکتروریسی عبارتند از یک رشته‌ساز^[۱۹] که شامل یک سرنگ با سوزن تزریق متصل به یک منبع توان بالا (۵۰-۱۰ کیلوولت)، یک پمپ و یک صفحۀ جمع کننده متصل به زمین می‌باشد. رشته‌ساز به کاتد و صفحه به آند متصل است. محلول یا مایع و یا مذاب وارد سرنگ می‌شود و با فشار پمپ، تحت سرعت ثابتی تزریق می‌گردد که این عمل باعث شکل‌گیری یک قطره در نوک سوزن می‌شود. با اعمال ولتاژ، قطره به صورت مخروط تیلور^[۲۰] کشیده می‌شود. اگر کشش بین مولکولی مایع به اندازه کافی بالا باشد، این جریان ایجاد شده گسسته نشده و یک جت مایع باردار ایجاد می‌شود. این جت بر اساس نیروی دفع الکترواستاتیک طویل شده و مسیری مارپیچ را طی می‌کند. این روند تا رسوب آن بر روی صفحه جمع کننده ادامه می‌یابد [۱].
میزوکوشی^[۲۱] و همکارانش [۲۴] 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.

۱-۲-۱۳ روش بمباران یونی یا سایش با باریکۀ یونی^[۲۲]

به طور ساده فرایند سایش با باریکه یونی را می‌توان یک شن‌سایی^[۲۳] اتمی نامید که در آن یون‌ها نقش دانه‌های شن را بازی می‌کنند. یون‌های شتاب گرفته سطح نمونه‌ای را که درون یک محفظه خلاء نصب شده است، بمباران یونی می‌نمایند. عموماً سایش با باریکه یونی در آماده‌سازی نمونه برای میکروسکوپ الکترونی عبوری^[۲۴] کاربرد دارد. هدف این است که نمونه به طور یکنواخت نازک شود و کیفیت سطح بالایی داشته باشد. از سایر کاربردها می‌توان پولیش و ریزسابی لنزهای اپتیکی را نام برد. به طور کلی هر جا لایه برداری از سطح نمونه در مقیاس اتمی و یا نازک‌سازی نمونه مطرح باشد این روش بکار می‌رود [۱].

۱-۲-۱۴ روش لایه نشانی با لیزر پالسی^[۲۵]

در این روش پرتو لیزر با قدرت باﻻ به صورت متناوب با ماده هدف در حال چرخش برخورد می‌کند. مواد هدف که توسط لیزر کنده شده‌اند، منجر به کنده شدن لحظه‌ای (فرسایش) ﻻیه‌های اتمی می‌شوند که در نزدیکی سطح قرار می‌گیرند. انرژی که ضمن این فرایند ایجاد می‌شود، منجر به تبخیر مواد و حرکت سریع آن‌ها به سمت زیرﻻیه و در نهایت رسوب‌دهی آن‌ها می‌شود. در واقع فناوری لایه نشانی با لیزر پالسی نوعی تکنیک رسوب فیزیکی بخار بشمار می‌رود که باعث تولید اولین ابررسانای سرامیکی^[۲۶] گردید. در شکل ۱-۲ شماتیک یک سیستم لایه نشانی با لیزر پالسی نشان داده شده است [۱].

شکل ۱-۲٫ شماتیکی از یک سیستم لایه نشانی با لیزر پالسی [۱].

۱-۲-۱۵ روش قالب گیری حلال^[۲۷]

قالب گیری حلال یک روش ساده برای تولید داربست مهندسی بافت است. در این روش پلیمر در یک حلال مناسب حل شده و در قالب ریخته می‌شود. سپس حلال حذف گردیده و حالت پلیمر را در شکل مورد نظر حفظ می‌کند. در این شیوه می‌توان با شستن ذراتی مانند کریستال‌های نمک کاشته شده درون پلیمر که پروژن^[۲۸] خوانده می‌شوند، داربست را به صورت متخلخل درآورد. عیب اصلی قالب گیری حلال باقی ماندن احتمالی حلال سمی درون پلیمر است [۲۵].

۱-۲-۱۶ روش کاشت یونی^[۲۹]

اصولاً فناوری کاشت یونی یک روش مهندسی سطح به شمار می‌رود. در این فرایند، یون‌های معینی در ساختار یک جامد اصطلاحاً کاشته می‌شوند و خواص آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند. تکنیک کاشت یونی عمدتاً در صنعت نیمه‌هادی‌ها کاربرد دارد. یون‌های کاشته شده در ماده هدف علاوه بر ایجاد تغییر شیمیایی، تغییرات ساختاری نیز به وجود می‌آورند که بر اثر آن شبکه بلوری ماده هدف می‌تواند آسیب دیده و یا حتی تخریب گردد. شکل ۱-۳ عملکرد پدیدۀ اصلاح سطح یک بلور، به کمک کاشت یونی را نشان می‌دهد [۱].

شکل ۱-۳٫ شماتیکی از پدیدۀ اصلاح سطح یک بلور، به کمک کاشت یونی [۱].

۱-۲-۱۷ روش کوپلیمریزاسیون پیوندی^[۳۰]

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 پراکسید^[۳۱] و ازن^[۳۲]، یا اکسیداسیون توسط یون سریم^[۳۳] انجام شود [۱۳].
میرزاده و همکارانش [۱۱] رفتار سلول‌های فیبروپلاست بر روی سیلیکون الاستومر پیوند شده با پلی‌اکریلیک اسید، توسط لیزر پالسی دی‌اکسید‌کربن را، برای کاربرد‌های مهندسی بافت بررسی کرده و نشان دادند که این روش برای تغییر سطح هر ماده، حتی پلیمرهای خنثی از نظر شیمیایی مانند سیلیکون‌ها کاربردی است. در یک بررسی دیگر توسط میائو^[۳۴] و همکارانش [۸] 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 کستینگ^[۳۵] و همکارانش [۲۶] 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 لوزینوف^[۳۶] و همکارانش [۲۷] تکنیک‌های ایجاد اصلاح سطحی قابل استفاده، مانند روش کوپلیمریزاسیون پیوندی و استفاده از نانو‌ذرات را برای تولید الیاف ابرآبگریز مورد بررسی قرار داده‌اند.

۱-۲-۱۸ روش نانوایمپرینت یا نانوچاپ^[۳۷]

ایجاد زبری و الگوهای خاص توسط روش نانوایمپرینت روشی نوین در ساخت مواد نانومتری است که اولین بار در سال ۱۹۹۵ توسط استفان چو^[۳۸] از دانشگاه پرینستون معرفی گردید. در این روش ایجاد زبری و الگوهای خاص با تغییر شکل مکانیکی لایۀ محافظ ایمپرینت و فرآیندهای بعدی ایجاد می‌گردد. لایۀ محافظ ایمپرینت یک مونومر یا پلیمر است که در طی فرایند ایمپرینت با حرارت یا نور فرابنفش پخت می‌شود. پس از اینکه قالب و زیرلایه به هم فشار داده می‌شوند، پخت لایۀ محافظ با پرتو فرابنفش انجام می‌شود تا سخت گردد. پس از جداسازی قالب، الگوی حک شده با یک روش انتقال الگو به زیرلایه منتقل می‌گردد [۱].

۱-۲-۱۹ روش قلم آغشته^[۳۹]

قلم آغشته روشی جدید در ایجاد نانوزبری است که اولین بار در سال ۱۹۹۹ در دانشگاه نورث وسترن^[۴۰] معرفی گردید. در این روش یک پروب میکروسکوپ نیروی اتمی که با مولکول‌های یک جوهر مثل آلکانتیول^[۴۱] پوشش داده شده است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. وقتی نوک پروب در نزدیکی سطح قرار می‌گیرد یک قطره آب در فاصله نوک پروب و سطح چگالیده می‌شود. این فضای آبی مانند پلی برای مولکول‌های جوهر عمل می‌کند که از این طریق به سطح انتقال می‌یابند و با سطح وارد واکنش می‌شوند. شکل ۱-۴ شماتیک فرایند ایجاد زبری توسط روش قلم آغشته را نشان می‌دهد [۱].

شکل ۱-۴٫ فرایند ایجاد زبری توسط روش قلم آغشته [۱].

۱-۲-۲۰ ایجاد زبری توسط میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی^[۴۲]

در میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی، ایجاد زبری نانومتری به کمک تجزیه حرارتی با الکترون^[۴۳] انجام می‌شود. در حالت رسوب‌دهی ماده با بهره گرفتن از میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی، نوک پروب این میکروسکوپ به عنوان یک منبع نشر عمل می‌کند. وقتی یک ولتاژ اعمال شود اتم‌ها یا نانو‌ذرات از سطح پروب به سطح ماده هدف انتقال می‌یابند. بعلاوه میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی برای کار با تک اتم‌ها، به منظور ایجاد نانو‌ساختارها هم بکار می‌رود. توسعه این فناوری توانایی این میکروسکوپ را در ایجاد نانوزبری به بالاترین حد ممکن، یعنی قدرت تفکیک در حد چند اتم رسانده است [۱].