عنوان فارسی
بررسی اثر پلاسما  بر روی پلیمر پلی متیل متاکریلات آلاییده  با رنگینه آمینوآزو بنزن
 
استاد راهنما
آقای دکتر محمد صادق  ذاکرحمیدی
 

استاد مشاور
آقای دکتر سیروس  خرم
 
شهریور 1393
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

1      فصل اول: بررسی منابع. 2

1-1-     پلاسما 2

1-1-1-   تاریخچه و کاربرد. 2

1-1-2-   مفاهیم اولیه. 3

1-1-3-   تقسیم بندی پلاسما 8

1-1-4-   تولید پلاسما 11

1-1-5-   برخورد در پلاسما 11

1-1-6-   واکنش­های پلاسما 12

1-2-     پلیمر. 18

1-2-1-   درجه پلیمریزاسیون. 18

1-2-2-   تاریخچه پیدایش پلیمرها 18

1-2-3-   خواص پلیمر. 19

1-2-4-   دمای انتقال شیشه­ای برای پلیمر (Tg) 19

1-2-5-   طبقه ­بندی پلیمرها 20

1-2-6-   پیوندهای عرضی در پلیمرها 23

1-3-     پلاسما و پلیمر. 23

1-3-1-   سطوح پلیمرها و برهم­کنش­ها 23

1-3-2-   عملیات اصلاح سطح.. 24

1-3-3-   فرایند کسل.. 25

1-3-4-   پدیده کو انچینگ…. 25

1-3-5-   فوتو فیزیک     25

1-3-6-   فوتو شیمی   26

1-4-     رنگینه آزو. 26

1-4-1-   آزو بنزن  …..26

1-5-     تئوری اسپکترو فوتومتری.. 28

1-6-     پلیمرهای آلاییده. 30

2      فصل دوم : مواد و دستگاه­های مورد استفاده و روش­ها 32

2-1-     مواد. 32

2-1-1-   پلیمر پلی متیل متاکریلات… 32

2-1-2-   حلال دی کلرو متان. 32

2-1-3-   رنگینه آمینوآزوبنزن aniline yellow.. 33

2-2-     روش تهیه نمونه. 34

2-3-     دستگاه­های مورد استفاده. 34

2-3-1-   دستگاه اولتراسونیک…. 35

2-3-2-   دستگاه اسپین کوتر. 35

2-3-3-   دستگاه طیف­سنجی FT-IR.. 35

2-3-4-   دستگاه طیف­سنجی جذبیUV/VIS. 37

2-3-5-   دستگاه پلاسمای مورد استفاده. 38

2-3-6-   دستگاه­های ایجاد کننده خلا.. 39

2-3-7-   نرم افزارهای مورد استفاده. 39

2-3-8-   تئوری اکسایتون کاشا 40

2-3-9-   روش کلی برای تحلیل داده­ ها 40

3      فصل سوم : بحث ونتایج.. 42

3-1       آنالیز FT-IR.. 42

3-1-1-   آنالیز FT-IR مواد اولیه. 42

3-1-2-   آنالیز FT-IR برای اثر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF. 44

3-1-3-   آنالیز FT-IR برای اثر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC.. 52

3-2-     آنالیز UV/VIS. 61

3-2-1-   آنالیز UV/VIS برای نمونه­های قرار داده شده در معرض پلاسمای RF. 61

3-2-2-   آنالیز UV/VIS برای نمونه­های قرار داده شده در معرض پلاسمای DC.. 63

3-3-     نتیجه گیری وبحث… 67

3-4-     پیشنهادات… 68

فهرست منابع  69                                                                                                                                 

فهرست اشکال

شکل ‏1‑1 : پروب لانگمویر  داخل پلاسما 6

شکل ‏1‑2 : برخی از واکنش­های مهم الکترون در پلاسما 12

شکل ‏1‑3 : نحوه انجام اچینگ…. 17

‏شکل1‑4 : نحوه تبدیل ایزومر ترانس به سیس و بالعکس…. 28

شکل ‏2‑1 : ساختار مولکولی پلیمر PMMA.. 32

شکل ‏2‑2 : سمت راست : ساختار مولکولی/ سمت چپ : مدل مولکولی رنگینه aniline yellow  برگرفته از    سایت ویکی­پدیا 34

شکل ‏2‑3 : شمای کلی نحوه عملکرد دستگاه طیف­سنجی FT-IR.. 36

شکل ‏2‑4 : شکل طرح‌وار از دستگاه اسپكتروفوتومتر. 38

‏شکل3‑1 : طیف FTIR حاصل از پلیمر پلی متیل متاکریلات اولیه. 42

شکل ‏3‑2 : طیف FTIR حاصل از رنگینه aniline yellow.. 43

شکل ‏3‑3 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما  / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای RF تخلیه الکتریکی تابان آرگون. 45

شکل ‏3‑4 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما  / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار­گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF  متان. 46

شکل ‏3‑5 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما  /  after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF نیتروژن. 47

شکل ‏3‑6 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما /  after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرارگیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF اکسیژن. 48

شکل ‏3‑7 : تمام طیف­های نمونه­ها بعداز پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF     Ar: آرگون      CH4:متان    N2: نیتروژن  O2: اکسیژن. 49

شکل ‏3‑8 : شکل شماتیک شکسته شدن پیوند میان اکسیژن و کربن  توسط پلاسما و تولید فرمالدهید. 51

 

شکل ‏3‑9 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC  گاز آرگون( نمونه در قطب مثبت) 52

شکل ‏3‑10 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز آرگون  ( نمونه در قطب منفی) 53

شکل ‏3‑11 : before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعداز قرارگیری درمعرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز متان (نمونه در قطب مثبت) 54

شکل ‏3‑12:e befor : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز متان   ( نمونه در قطب منفی) 55

شکل ‏3‑13:e befor : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما/  after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز نیتروژن   ( نمونه در قطب مثبت) 56

شکل ‏3‑14: before : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز نیتروژن   ( نمونه در قطب منفی) 57

شکل ‏3‑15:e befor : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما  / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز اکسیژن   ( نمونه در قطب مثبت) 58

شکل ‏3‑16:e befor : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه قبل از پلاسما / after : طیف نمونه پلیمری آلاییده با رنگینه بعد از قرار گیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC گاز اکسیژن   ( نمونه در قطب منفی) 59

شکل ‏3‑17 : طیف جذبی تمام نمونه­ها پس از قرارگیری در معرض پلاسمای RF    Ar : آرگون   CH4: متان   N2: نیتروژن   O2 : اکسیژن. 61

شکل ‏3‑18 :طیف جذبی نمونه­ها پس از قرارگیری در معرض پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC   Ar.pos:آرگون/قطب مثبت   Ar.neg:آرگون/قطب منفی   CH4.pos : متان/قطب مثبت    CH4.neg : متان/قطب منفی   N2.pos: نیتروژن/قطب مثبت  N2.neg: نیتروژن/قطب منفی   O2.pos:اکسیژن/قطب مثبت    O2.neg:اکسیژن/قطب منفی.. 64

فهرست جداول

جدول 3- 1 : عدد موج برای قله­های طیف پلیمر پلی­متیل­متاکریلات و پیوندهای مربوط به آنها 43

جدول 3- 2 : عدد موج قله­های طیف و پیوند مربوط به آنها 44

جدول 3- 3 : جدول کیفی نمایش وضعیت پیوندهای پلیمر بعد از پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF  با گازهای مختلف… 50

جدول 3- 4 : جدول کیفی نحوه اثر پلاسمای تخلیه الکتریک تابان DCبا گازهای مختلف بر پیوندهای پلیمر  60

جدول 3- 5 : جدول تاثیر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان RF بر محل قله­های طیف جذبی UV/VIS. 62

جدول 3- 6 : نحوه اثر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابانRF برقله­های حاصل از طیف­سنجی جذبی UV/VIS. 63

جدول 3- 7 : جدول تاثیر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC بر محل قله­های طیف جذبی UV/VIS. 65

جدول 3- 8 : نحوه اثر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان DC با گازهای مختلف بر قله­های طیف جذبی UV/VIS. 66

چكیده:
پلیمرهای آلی به علت دارا بودن خواص منحصر به فرد کاربردی ، مانند شکل گیری آسان ، تولید ارزان ، قابلیت­های فوتونیکی مناسب ، امروزه در صنایع مختلف ،از جمله صنایع الکترونیک و پزشکی مورد استفاده قرار می­گیرند. تغییر رفتار سطحی این پلیمرها با بهره گرفتن از مواد شیمیایی یا روش‌های متعدد دیگر به علت تغییر خصوصیات برهم کنشی و مورفولوژیک ، امروزه برای بهبود پارامترهای مدنظر، مورد استفاده قرار می‌گیرد از معایب این روش­ها  افزایش مواد مضر(مواد شیمیایی عمل نکرده یا رادیکال های آزاد) ، باعث شده است تمایل به سمت روش‌های نوین تغییر رفتار سطحی مانند استفاده از سیستم های پلاسمایی مورد توجه قرار گیرد. بررسی­های صورت گرفته بر روی سیستم‌های پلیمری در معرض پلاسما ، نشانگر پیچیدگی رفتار این مواد در حضور محیط پلاسما می‌باشد و تا به امروز تئوری منسجم و تأیید شده ای در مورد نوع این برهم کنش ها ارائه نشده است.

در این تحقیق ، از محیط پلاسمایی با شرایط کاری متفاوت و پلیمر آلاییده با رنگینه به منظور بررسی اثر متقابل برهم­کنش با پلاسما استفاده واقع شده است و به بررسی طیف‌های vis وFTIR ، قبل و بعد از قراردهی در محیط پلاسما پرداخته شده است.(وجود رنگینه اجازه بررسی رفتار پلیمر را در بازه طول موج جذبی نیز ممکن می سازد.)  در نتیجه می‌توان تغییرات ایجادشده در طیف­های حاصل را به دلیل این اثر متقابل ، مورد مطالعه قرار داد.

مقدمه
پلیمرها با توجه به قیمت ارزان و خصوصیات ویژه­ای که دارند می­توانند در صنایع و پزشکی کاربردهای وسیعی داشته باشند از خواص مهم آن می توان به همگنی بالا ، چسبندگی فیزیکی و شیمیایی ، استحکام مکانیکی مطلوب ، مناسب بودن برای استفاده در صنایع نانو و میکرو اشاره کرد.]1[ وجود  خاصیت نیم‌رسانایی در تعدادی از پلیمرها، استفاده این مواد را در ترانزیستورها و صنایع الکترونیک  و سنسورها مهیا می‌سازد.]2و3[

برای تغییر رفتار سطحی پلیمرها روش­های متعددی وجود دارد که در ذیل به بعضی از معایب و مزایای آنها اشاره می­شود:  از مزایای روش­های شیمیایی می­توان به سادگی و قیمت ارزان آن اشاره کرد و از معایب آن می­توان استفاده از مواد سمی ، همگنی اندک ، مواد آلاینده زیاد و برخی مواد آلاینده مزاحم را نام برد. در روش های فیزیکی مثل کندوپاش با وجود اینکه مواد آلاینده و مزاحم کم می باشد و از مواد سمی استفاده نمی شود ولی انرژی زیادی مورد نیاز است که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. بنابراین استفاده از محیط پلاسما می ­تواند یکی از انتخاب­های مناسب برای این کار باشد زیرا هم مواد آلاینده، مزاحم وسمی در آن به کار نمی رود و هم اینکه انرژی کمتری برای این کار مورد نیاز است.]4[

در معرض پلاسما قرار دادن پلیمرها باعث ایجاد تغییراتی درسطح آن می‌شود و برخی از خواص آن را برای استفاده در صنعت  بهبود می­بخشد از آن جمله می توان به تغییراتی درمیزان آبدوستی و آب‌گریزی و بار سطحی]5[، نابودی حفره‌های هوای ایجاد شده در سطح پلیمر توسط پلاسما وافزایش رسانش الکتریکی آن]3[ اشاره کرد، و از اثرات دیگر پلاسما بر پلیمرها تغییر در ضریب شکست و تغییرات در میزان جذب فیزیکی یا شیمیایی، شکست برخی پیوندهای کووالانسی]6[ و افزایش انرژی سطح  در پلیمر مورد نظر می­باشد.]7[

پلاسما امروزه در زمینه ­های مختلفی در هوا فضا ، پزشکی و صنعت به کار می‌رود و یکی از کاربردهای مهم آن، ایجاد تغییراتی در ماده بخصوص در سطح آن می­باشدکه این تغییرات می تواند فرایند نانوکردن، تغییر در مورفولوژی[1] سطح ، باردار کردن سطح و تغییراتی در پیوندهای شیمیایی ماده باشد.]8[

با قرار دادن پلیمرها در معرض پلاسما، خواص و اثراتی در آنها ایجاد می­شود که می­توان از آن خواص در جهت بهره ­برداری بیشتر در انرژی ، صنعت وپزشکی استفاده کرد.که از آن جمله می‌توان به تغییراتی در مورفولوژی سطح اشاره کرد]1[ و با برجسته کردن سطح می­توان مساحت سطح تماس را افزایش داد و هم چنین می توان  به تغییر میزان آبدوستی وآب گریزی سطح اشاره کرد.]4[

در این پژوهش، سطح فیلم نازک[2] پلیمری تحت تاثیر پلاسما مورد آزمایش و مطالعه قرار داده شده است و مشاهده شده است که پلاسما می‌تواند اثراتی را در سطح پلیمر باقی گذارد که می ­تواند منجر به ایجاد پیوندهایی در سطح شود و برخی از خواص شیمیایی و فیزیکی سطح را تغییر دهدکه در نتیجه تغییر این خواص، بعضی از مشخصات سطح مثل آبدوستی و آب گریزی سطح تغییر می­ کند.]9[

هدف از این پژوهش ، بررسی تغییرات ایجاد شده از تحت تاثیر قرار دادن  پلیمرهای آلاییده با رنگینه به صورت لایه نازک در معرض پلاسما می‌باشد. ازبرخی از این تغییرات می‌توان به افزایش یا کاهش میزان برخی از گروه­های عاملی پلیمر، شکستن و ایجاد پیوندهای جدید اشاره کرد ونتایج تاثیر پلاسمای تخلیه الکتریکی تابان[3] با جریان مستقیم ومتناوب و اثرگازهای مختلف مورد مقایسه واقع می­شود و در کنار این موارد می توان رفتار رنگینه آلاییده در پلیمر را نیز مورد مطالعه قرار داد.

فصل اول
بررسی منابع
در این فصل به طور مختصر به بررسی اطلاعات موجود در زمینه پلاسما ، پلیمر ، رنگینه و نحوه اثر پلاسما بر پلیمر و یافته­ های موجود در این زمینه می­پردازیم.

1-1-پلاسما
پلاسما گاز یونیزه و شبه­خنثا[4]یی است که از ذرات باردار و خنثی تشکیل می­شود و رفتار جمعی از خود نشان می­دهد. واژه شبه­خنثی به این معنی است که در پلاسما بارهای مثبت و منفی وجود دارد و در عین حال این بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر یکدیگرند.[11و10]

1-1-1- تاریخچه و کاربرد
ابتدا این گاز یونیزه بوسیله کروکز[5]، در سال 1879 بعنوان حالت چهارم ماده نامیده شد و 49 سال بعد در سال 1928 ، این حالت چهارم ماده اسم خود را از ایروینگ لانگمویر[6]  گرفت و او نام  “پلاسما”  را بر آن نهاد. [12]

پلاسما هم در طبیعت یافت می شود و هم در آزمایشگاه و صنعت ساخته می­شود و هر دوی آن­ها شبه­خنثی هستند. پلاسمای طبیعی بیش از 99% از جهان قابل دید ما را تشکیل می­دهد. از پلاسماهای طبیعی می­توان کرونای خورشیدی، بادهای خورشیدی، سحابی­ها، یونوسفر زمین، رعد و برق و شفق قطبی را نام برد. در آزمایشگاه، پلاسما بوسیله شعله،