Luận văn Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại

Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nó trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tính chất ưu việt của nó mà khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đặc tính của hạt nano kim loại có thể cho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệ môi trường, công nghệ điện tử. [1]. Các hạt nano đã được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Những phương pháp này được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban đầu (gồm 2 nhóm: các phương pháp từ trên xuống và các phương pháp từ dưới lên) hoặc theo trạng thái của vật liệu chế tạo (gồm 4 nhóm: các phương pháp đối với vật liệu ở trạng thái rắn, trạng thái hơi, các phương pháp tổng hợp hóa học/đối với các chất ở trạng thái dung dịch và các phương pháp với tổng hợp ở pha khí ). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mục đích chế tạo mà có sự chọn lựa phương pháp phù hợp [2]. Trong số các phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser đang giành được sự quan tâm và đầu tư lớn ở nhiều nước trên thế giới . Đây là một trong những phương pháp đơn giản song mang lại hiệu quả, có thể chế tạo được các hạt có kích thước vài nano với độ tinh khiết cao. Ở Việt Nam, đây vẫn còn là một phương pháp hoàn toàn mới. Dựa trên các tài liệu tham khảo, đánh giá khả năng thực hiện nghiên cứu, cũng như xu hướng pháp triển nghiên cứu chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại ’’. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp chế tạo hạt nano kim loại quý bằng ăn mòn laser. Thiết kế, xây dựng một hệ thiết bị chế tạo hạt nano kim loại quý trên cơ sở sử dụng laser Nd:YAG tại phòng thí nghiệm. Khảo sát ảnh hưởng của thông lượng laser, thời gian ăn mòn laser và nồng độ dung dịch chất hoạt hoá bề mặt lên kích thước trung bình của hạt nano kim loại. Từ đó xác lập một quy trình chế tạo hạt nano kim loại. Đồng thời có sự so sánh phương pháp ăn mòn laser với các phương pháp khác. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về phương pháp ăn mòn laser Chương 2: Thực nghiệm chế tạo và các phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

doc61 trang | Chia sẻ: ngatran | Lượt xem: 1811 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỞ ĐẦU Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nó trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tính chất ưu việt của nó mà khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đặc tính của hạt nano kim loại có thể cho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệ môi trường, công nghệ điện tử... [1]. Các hạt nano đã được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Những phương pháp này được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban đầu (gồm 2 nhóm: các phương pháp từ trên xuống và các phương pháp từ dưới lên) hoặc theo trạng thái của vật liệu chế tạo (gồm 4 nhóm: các phương pháp đối với vật liệu ở trạng thái rắn, trạng thái hơi, các phương pháp tổng hợp hóa học/đối với các chất ở trạng thái dung dịch và các phương pháp với tổng hợp ở pha khí ). Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mục đích chế tạo mà có sự chọn lựa phương pháp phù hợp [2]. Trong số các phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser đang giành được sự quan tâm và đầu tư lớn ở nhiều nước trên thế giới . Đây là một trong những phương pháp đơn giản song mang lại hiệu quả, có thể chế tạo được các hạt có kích thước vài nano với độ tinh khiết cao. Ở Việt Nam, đây vẫn còn là một phương pháp hoàn toàn mới. Dựa trên các tài liệu tham khảo, đánh giá khả năng thực hiện nghiên cứu, cũng như xu hướng pháp triển nghiên cứu chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: ‘‘Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại ’’. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp chế tạo hạt nano kim loại quý bằng ăn mòn laser. Thiết kế, xây dựng một hệ thiết bị chế tạo hạt nano kim loại quý trên cơ sở sử dụng laser Nd:YAG tại phòng thí nghiệm. Khảo sát ảnh hưởng của thông lượng laser, thời gian ăn mòn laser và nồng độ dung dịch chất hoạt hoá bề mặt lên kích thước trung bình của hạt nano kim loại. Từ đó xác lập một quy trình chế tạo hạt nano kim loại. Đồng thời có sự so sánh phương pháp ăn mòn laser với các phương pháp khác. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về phương pháp ăn mòn laser Chương 2: Thực nghiệm chế tạo và các phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER 1.1. Khái niệm phương pháp ăn mòn laser Phương pháp ăn mòn laser là một quá trình loại bỏ các vật liệu từ một vật liệu rắn (hoặc đôi khi ở dạng lỏng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laser. Một điểm đặc biệt của ánh sáng laser là nó có thể tập trung năng lượng với cường độ rất cao trên một vùng giới hạn của vật liệu. Khi ánh sáng laser chiếu tới vật liệu, do cường độ laser lớn sẽ gây bùng nổ và dẫn đến sự phát tán hỗn hợp của nguyên tử, các phân tử và ion (plasma) hoặc các đám hơi vật chất từ bề mặt của vật liệu.  Hình 1.1: Nguyên lý ăn mòn laser Một xung laser năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng năng lượng của laser vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kết hóa học của nó bị phá vỡ và vật liệu bị “vỡ” thành các mảnh nhỏ, thường các mảnh này là hỗn hợp của nguyên tử, các phân tử và ion. Hỗn hợp các mảnh nhỏ ở trạng thái rắn, khí và plasma thoát khỏi vùng tương tác, quá trình ăn mòn tương tự với sự bay hơi nhanh chóng của lớp bề mặt vật liệu. Khi xung lượng laser thấp, mẫu bị nung nóng bởi hấp thụ năng lượng laser và bốc bay hoặc thăng hoa. Khi xung lượng laser cao, mẫu thường được chuyển đổi sang dạng plasma. Thông thường, phương pháp ăn mòn laser thường dùng laser xung, nhưng với một số vật liệu có thể dùng laser liên tục nếu laser có cường độ đủ lớn. 1.2. Cơ chế phương pháp ăn mòn laser Có hai quá trình chi phối gây ra quá trình ăn mòn [7]: - Quá trình ăn mòn nhiệt: Đó là quá trình đốt nóng vật liệu do sự hấp thụ photon. - Quá trình ăn mòn quang hoá: Đó là quá trình hấp thụ photon để phá vỡ liên kết hoá học trong phân tử. Đối với laser hoạt động ở vùng hồng ngoại hoặc khả kiến, quá trình quang nhiệt chiếm ưu thế hơn.Với bức xạ laser vùng tử ngoại xa, khi năng lượng photon lớn hơn năng lượng liên kết hóa học trong phân tử thì quá trình quang hoá chiếm ưu thế hơn. Hai quá trình này đều là nguyên nhân gây ra quá trình ăn mòn. Trên thực tế hai quá trình này không tách riêng rẽ mà có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. 1.2.1 Ăn mòn nhiệt Quá trình ăn mòn nhiệt là quá trình xung laser được hấp thụ trong một thể tích của mẫu rắn, quá trình nung nóng sau đó xảy ra theo thời gian, dẫn đến phần mẫu được định xứ nóng chảy, sôi, và cuối cùng là hóa hơi. Nhiệt lượng ăn mòn là không cố định vì liên quan đến các quy trình biến đổi hiệu suất và tỷ lệ theo các biến đổi của vùng dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, điểm sôi, và nhiệt độ hóa hơi cho các loại mẫu khác nhau, và thậm chí liên quan tới các thành phần và hợp chất khác nhau trong cùng một mẫu. Một phần nóng chảy và một phần hóa hơi tạo thành các hố hiệu ứng, trong đó sẽ có sự ngưng tụ đáng kể các hạt trong các khí vận chuyển lạnh được thổi qua bề mặt. Nên kích thước các hạt là khá đa dạng [8]. 1.2.2 Ăn mòn quang hóa Ăn mòn quang hóa là quá trình có tính ưu tiên vì trên lý thuyết độc lập nó với tính chất nhiệt, chẳng hạn như điểm nóng chảy và sôi của các yếu tố khác nhau và các hợp chất trong các mẫu. Trong ăn mòn quang hóa, xung laser được hấp thụ vào một thể tích nhỏ của các mẫu rắn, với tốc độ nhanh và mật độ năng lượng lớn có thể làm mất ổn định trong một vùng xác định, gây ra sự bùng nổ trên bề mặt vật liệu. Như vậy ăn mòn quang hóa xảy ra trước khi hiệu ứng nhiệt có thời gian để thể hiện một cách mạnh mẽ. Dưới điều kiện thuận lợi, việc kiểm soát sự phát các hạt nhỏ như là sự phun hạt từ một hố ăn mòn. Ăn mòn quang hóa trong thời gian ngắn đòi hỏi một bước sóng ngắn, độ rộng xung laser nhỏ với năng lượng phải đủ lớn cho một loại vật liệu. Trong thực tế, nó không phải là hoàn toàn có thể loại bỏ ăn mòn nhiệt, do đó một sự kết hợp của ăn mòn nhiệt và ăn mòn quang hóa sẽ thường xảy ra. Chìa khóa để kiểm soát hai quá trình trên là điều kiện để ăn mòn quang hóa là cao hơn. Đồng thời để kích thước hạt nhỏ và đồng đều thì có một quá trình kiểm soát sự bùng nổ trên bề mặt vật liệu. Sự bùng nổ không cần bắt nguồn từ sâu bên trong khối mẫu lớn. Một sự bùng nổ quang hóa xuất hiện sâu quá mức ở dưới bề mặt mẫu sẽ là sự bùng nổ “ Thô ”. Đó là hiệu ứng gãy vỡ cảm ứng, và nổ ra các “sỏi lớn” rải từ miệng hố, thay vì phun những hạt nhỏ. Để giữ sự bùng nổ quang hóa gần bề mặt mẫu, thì các xung laser phải là độc lập, riêng lẻ. Một xung laser độc lập sẽ không cho phép xung đi sâu vào trong bề mặt mẫu trước khi nó được hấp thụ để gây ra hiện tượng ăn mòn quang hóa [8]. 1.3. Mô hình hoá cơ chế phương pháp ăn mòn laser Việc khảo sát mô hình của cơ chế phương pháp ăn mòn laser đóng một vai trò quan trọng trong sự hoàn thiện nhận thức về cơ chế vi mô gây ra sự phát tán mạnh vật chất ( material ejection) và mối liên hệ giữa các thông số của quá trình ăn mòn. Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này, với nhiều mô hình khác nhau về cơ chế phương pháp ăn mòn laser như: mô hình động lực học phân tử, mô hình Monte Carlo… Trong khoá luận, chúng tôi xin giới thiệu về mô hình hoá cơ chế phương pháp ăn mòn laser theo mô hình động lực học phân tử. Phương pháp mô hình động lực học phân tử (MD) cho phép thực hiện phân tích chi tiết quá trình phương pháp ăn mòn laser trong đó các thông số nhiệt động lực học của hệ có thể được xác định theo động lực học vi mô ở mức độ phân tử. Khả năng này của mô hình động lực học phân tử sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về cơ chế phát tán mạnh vật chất trong quá trình phương pháp ăn mòn laser. Leonid V. Zhigilei và Barbara J. Garrison cùng các cộng sự đã xây dựng thành công mô hình động lực học phân tử để mô tả cơ chế phương pháp ăn mòn laser [9]. Hình 1.2 mô phỏng đám vật chất trên bề mặt vật liệu bị ăn mòn theo mô hình động lực học phân tử do nhóm các nhà khoa học này nghiên cứu. Theo các nhà khoa học, đám vật chất được phát tán là tập hợp của các hạt lơ lửng có dạng hình cầu.  Hình 1.2: Khối hình trụ ban đầu của đám vật chất trên bề mặt bị ăn mòn được lấp đầy bởi các hạt được mô hình hoá. Các quá trình chi tiết xảy ra trong quá trình phương pháp ăn mòn laser được mô phỏng bởi chuỗi liên tiếp các hình trong hình 1.3:  Hình 1.3: Ảnh chụp nhanh từ mô hình MD của phương pháp ăn mòn laser vật liệu rắn minh họa cho các quá trình khác nhau của sự phát tán mạnh vật liệu. Hình 1.3 thể hiện sự phụ thuộc mạnh của cơ chế phát ra vật chất vào các điều kiện bức xạ. Các mức độ khác nhau của quá trình được quan sát bao gồm: - Sự phân huỷ từng phân tử (hình thứ nhất), xảy ra quá trình bốc bay nhẹ của các phân tử hay được gọi là sự phún xạ trong khoảng thời gian 100 ps. Quá trình này ứng với thông lượng laser thấp. - Bùng nổ sự phân ly của một vùng bề mặt bị đốt quá nóng (hình thứ hai). Quá trình này xảy ra trong thời gian khoảng 200 ps. - Sự hình thành một lượng lớn các giọt vật chất do sự nóng chảy tức thời (hình thứ ba, thứ tư). - Sự phân tán mạnh của các mảnh nhỏ chất rắn bị vỡ ra do hiệu ứng quang hóa cơ học khi mật độ năng lượng laser lớn hơn (hình thứ 5,6,7) Khi mật độ năng lượng laser thấp. Hầu hết các đơn thức phân tử (monomer) được phát ra từ bề mặt bị nung nóng do bức xạ laser. Mô hình có thể cung cấp sự mô tả đầy đủ quá trình phát ra các phân tử. Thật vậy, trong chế độ năng lượng laser ở mức thấp, sự phụ thuộc của số phân tử bị phát ra N vào thông lượng ( fluence) F bởi biểu thức:  với F < Fth (1.1) Trong đó : N: Số phân tử được phát trong thời gian khảo sát E*S : Năng lượng kích hoạt A: Hệ số tỉ lệ B: Hệ số mô tả sự biến đổi năng lượng tích tụ làm tăng nhiệt độ bề mặt. T0: Nhiệt độ ban đầu của hệ phân tử KB: Hằng số Boltzman Fth: Thông lượng ngưỡng đó là thông lượng để bắt đầu xảy ra quá trình phương pháp ăn mòn laser. Lượng vật chất được phát ra trong cơ chế phương pháp ăn mòn laser có thể được mô tả bởi mô hình đơn giản trong đó mức độ ăn mòn phụ thuộc vào sự tích tụ của năng lượng laser. Hầu hết các vật liệu hấp thụ năng lượng cao hơn mật độ năng lượng tới hạn E*v được ăn mòn. Với sự phân tán theo quy luật hàm mũ của cường độ laser được xác định bởi định luật Beer thì tổng số phân tử toàn phần được phát tán trên một đơn vị diện tích bề mặt là:   (1.2) Trong đó: LP: Độ xuyên sâu của laser vào bề mặt vật liệu. nm: Mật độ phân tử của vật liệu C: Nhiệt dung đặc trưng cho vật liệu CT0: Mật độ năng lượng nhiệt trước khi chiếu laser Công thức này cũng mô tả mật độ năng lượng ngưỡng Fth= LP(E*v – CT0) Xét trường hợp ăn mòn laser vật liệu rắn xảy ra gần bề mặt, độ rộng xung laser nhỏ hơn nhiều so với kích thước của chùm laser tại bề mặt (điển hình cho laser xung là xung ăn mòn laser 10 ns, và kích cỡ của chùm laser tại chỗ trên bề mặt thường là 2 mm. Vì vậy mà các chùm có thể được coi là mặt phẳng song song với mẫu trên bề mặt. Vì vậy, tất cả các mô hình sẽ được xem xét theo xấp xỉ một chiều. Đối với việc nghiên cứu động học chùm cách xa các mẫu trên bề mặt, thì các mô hình hai và ba chiều là cần thiết. Việc mở rộng quy trình của các chùm ở xa đã được coi như là một quá trình thuận nghịch có mở rộng của một chất lỏng lý tưởng, và tự xấp xỉ được áp dụng tương tự. Trong xấp xỉ thuận nghịch đoạn nhiệt một chiều, chỉ có một trong ba biến tọa độ (x) và thời gian (t) vẫn còn, và di chuyển chất lỏng có thể được mô tả hoàn toàn của một trong những thành phần vận tốc (v x), và bất kỳ một trong những đại lượng nhiệt động học nào nhưng entropy S là không đổi. Nếu chất lỏng được coi là tự đối xứng, các vận tốc và đại lượng nhiệt động học sẽ phụ thuộc các tỷ lệ tọa độ x / t. Chúng tôi đã phát triển một lý thuyết tương tự và một số mô phỏng động lực học chất lỏng cho các nghiên cứu gia tốc mở rộng do sự ảnh hưởng của các nguồn động học và một phần ion hóa. Các mô hình nguồn động học dự báo rằng mở rộng mặt không ổn định theo hướng vuông góc vào mẫu trên bề mặt rất nhanh hơn thu được từ các mô hình quy ước. Một phần ion hóa động học sẽ tăng cường mở rộng trong tất cả các hướng. Một sự khác biệt từ mô hình mở rộng tự do là mô hình động học trong không gian đầu tiên là chân không hoặc chứa đầy những khí nền. Sau khi t = 0 một hạt nguồn và năng lượng xuất hiện tại x = 0. Tương tự như lý thuyết, chúng tôi giả sử rằng vận tốc mặt chùm được cho là u = v / v m =  + (1 -  với v m là vận tốc mở rộng tối đa,  là hằng số, và  = x / v m t. Sau đó các mặt chùm của mật độ, áp suất và nhiệt độ có thể được tính toán với phương trình Euler . Từ định luật bảo toàn khối lượng, momen và năng lượng, tương ứng, chúng ta nhận được v m như là hàm của  Trong những tính toán mẫu nhiệt động lực học chúng ta sử dụng chương trình Rusanov để mô phỏng các quá trình mở rộng. Đối với mẫu hiệu ứng động học ion hóa riêng lẻ bởi phương trình Saha, chúng ta sử dụng phương pháp Newton-Raphson. Các kết quả này có thể giúp đỡ để giải thích sự mở rộng mặt vận tốc quan sát được trong thí nghiệm ăn mòn laser.Thông lượng laser trên bề mặt vật liệu là một trong những thông số ăn mòn quan trọng nhất. Khi thông lượng đủ lớn, sự bay hơi của lớp bề mặt vật liệu xảy ra nhanh chóng. Một tính chất độc đáo của quá trình ăn mòn là hầu hết năng lượng của xung laser đều được hấp thụ bởi lớp vật liệu bề mặt bị bắn ra. Vì vậy, có rất ít sự phá hủy nhiệt đối với các lớp vật liệu xung quanh. 1.4. Hệ quang học trong ăn mòn laser Trong phương pháp ăn mòn laser, hệ quang học bao giờ cũng đóng một vai trò quan trọng. Để điều chỉnh một hệ quang học phù hợp cho ăn mòn laser: - Đầu tiên: chùm tia laser được định hướng sao cho đi tới hội tụ tại một điểm trong một hình phẳng trên mẫu. - Thứ hai: vị trí, góc chùm tia bị điều chỉnh bởi quay thấu kính kết hợp với gương, sử dụng tốt hơn là khi dùng kính hiển vi và laser. Các thấu kính và gương có giá sao cho chúng ổn định và có thể điều chỉnh liên tục. Cần có những bước điều chỉnh cần thiết để tạo hệ laser hoạt động chính xác, điều chỉnh dễ dàng, ổn định là điều rất quan trọng. Trong thực tế, thiết kế của hệ quang liên kết là một nhân tố quan trọng nhất xác định hệ laser thích hợp nào sẽ được sử dụng[10]. Thêm vào đó, khi hệ liên kết quang là rẻ hơn hệ kính hiển vi và laser.  Hình 1.4: Mô hình hệ quang liên kết cho ăn mòn laser Hình 1.4 chỉ ra rằng thấu kính được sử dụng để định hướng và hội tụ chùm tia laser. Điều quan trọng nhất của các thấu kính này được coi là vật kính của kính hiển vi. Thực sự vài năm trước đây tất cả vật kính kính hiển vi được thiết kế sao cho hình ảnh của mẫu nằm sau 160nm vật kính. Hình 1.4 chỉ ra hệ quang liên kết ăn mòn laser dựa trên loại kính hiển vi này. Thấu kính y hội tụ tại 1 điểm bên trong ảnh, sao cho nó sẽ có hội tụ tại điểm tương ứng bên trong mẫu. Thấu kính y có thể di chuyển dọc theo trục tia để điều chỉnh sự hội tụ của laser sao cho nó tương ứng với ảnh bạn nhìn thấy. Nếu nó được di chuyển về phía laser, sự hội tụ sẽ di chuyển đi lên hướng mẫu. Ngày nay rất nhiều kính hiển vi sử dụng vật kính điều chỉnh tại vô cực. Điều này có nghĩa là tất cả tia của ánh sáng từ một điểm duy nhất trong mẫu tới ngoài của vật kính song song (hình 1.5). Ánh sáng laser không thể hội tụ tại điểm trong ảnh, bởi vì không ảnh nào được tạo thành. Trong trường hợp này người ta sử dụng thấu kính phụ vào (thấu kính z trong hình vẽ) để tạo ảnh.  Hình 1.5: Mô hình hệ quang liên kết cho ăn mòn laser điều chỉnh tại vô cực Điều quan trọng là ánh sáng laze vào mẫu từ phạm vi có thể đến từ những góc rộng nhất, có nghĩa rằng đường kính chùm tia phải ít nhất đủ lớn để soi sáng toàn bộ mẫu. Nếu thấu kính x được di chuyển về phía laze, chùm tia sẽ bị chia nhỏ như khi di chuyển kính thiên văn, để đường kính của nó sẽ lớn hơn tại thấu kính y và mẫu. Nếu chùm tia lớn hơn mẫu, thì chỉ phần trung tâm sẽ vào mẫu. Như vậy thấu kính x được di chuyển về phía laze, phần của ánh sáng để soi sáng trở vào những mẫu nên yếu hơn. Đây là một cách điều chỉnh cường độ hữu ích. Nó cũng cải thiện sự đồng nhất của chùm tia, khi đó trung tâm của chùm tia là đồng dạng nhất. Cường độ có thể cũng được điều chỉnh bởi việc xen vào một mật độ trung lập được lọc trong chùm tia, hoặc do chính thay đổi nhỏ trong cường độ bằng kính hiển vi trượt. Tất nhiên, những sự biến đổi trên các hệ liên quang là rất đa dạng. Ví dụ, bạn có thể rút ngắn đường dẫn trong hình 1.6 bởi việc sử dụng một thấu kính lõm thay vì một thấu kính lồi.  Hình 1.6: Mô hình hệ quang liên kết ăn mòn laser rút ngắn đường đi 1.5. Các phương pháp phương pháp ăn mòn laser Phương pháp ăn mòn laser được sử dụng để chế tạo màng mỏng khi nó được thực hiện trong chân không đôi khi trong môi trường khí trơ như Ar hay trong những chất khí đóng vai trò tác nhân hoá học như Amoniac hoặc Nitơ. Phương pháp ăn mòn laser cũng có thể thực hiện trong môi trường chất lỏng để tạo ra các hạt kích thước cỡ nano. Kỹ thuật phương pháp ăn mòn laser khá hữu hiệu để tạo ra các hạt nano của vật liệu bán dẫn và kim loại. So với các phương pháp khác, phương pháp ăn mòn laser là một phương pháp khá đơn giản, các hạt nano được chế tạo không bị nhiễm bẩn bởi chất khử, đặc biệt có thể điều khiển được kích thước hạt. 1.5.1 Ăn mòn laser tạo vật liệu nano dạng màng mỏng Phương pháp ăn mòn laser cung cấp một phương tiện để tạo màng mỏng, trong một loạt các mẫu vật liệu, trên một loạt các chất, ở nhiệt độ phòng. Các ứng dụng của phương pháp ăn mòn laser rất linh hoạt và rộng, tuy nhiên, nhiều khía cạnh của các chi tiết hóa chất vật lý của các quá trình ăn mòn vẫn còn chưa hoàn toàn được hiểu rõ. Quá trình thường được coi như là một chuỗi các bước : bắt đầu bằng bức xạ laser tương tác với các mẫu rắn, hấp thụ năng lượng và nâng nhiệt tại vị trí trên bề mặt, và các vật liệu bay hơi. Kết quả các tính chất và các thành phần của các chùm ăn mòn có thể là một kết quả của va chạm hạt trong chùm thông qua chùm bức xạ laser tương tác. Cuối cùng các chùm va chạm trên chất nền được bao phủ; vật liệu tới có thể được thu nhận, bật ngược lại vào pha khí, hoặc bổ sung vào bề mặt tới (thông qua phun, nén …). Các mẫu tương tác laser sẽ có độ nhạy phụ thuộc vào bản chất và điều kiện của vật mẫu và các thông số xung laser (bước sóng, cường độ, thông lượng, thời gian xung …). Các chùm laser tương tác cũng phụ thuộc vào các tính chất của các bức xạ laser. Trong quá trình ăn mòn, các chùm sẽ rất nhạy với các va chạm vì vậy chất lượng của chân không là rất quan trọng. Rõ ràng, cuối cùng, thành phần và sự phân bố vận tốc (hoặc phân bố các thành phần chùm phương pháp ăn mòn laser, trong trường hợp một thành phần đa chùm ăn mòn) của vật liệu phun có thể được phản ánh trong các đặc điểm chi tiết của bất màng lắng nào. Sử dụng bức xạ laser excimer để ăn mòn một loạt các mẫu là vật liệu nguyên mẫu ví dụ như vật liệu cơ bản như than chì, CVD kim cương, Cu và Al, chất có hai thành phần như ZnO và LiF, và các loại nguyên vật liệu polyme,trong chân không và trong các chất khí nền có áp suất thấp hơn áp suất không khí (He, Ar, H 2, N 2,) [11].     Hình 1.7. Sơ đồ ăn mòn laser tạo màng mỏng 1.5.2 Ăn mòn laser chế tạo vật liệu nano dạng rắn Chế tạo hạt nano Cu bằng ăn mòn laser trong dầu polysiloxane ( keo silicone). Có rất nhiều loại silicone mà các thuộc tính vật lý như mật độ , độ dẻo, ý nhiệt,điểm sôi…biến thiên phụ thuộc vào khối lượng phân tử của chúng. Do đó,người ta có thể chọn một loại dầu thích hợp để điều khiển điều kiện ăn mòn.Độ bền hóa học và sự trong suốt trong quang học của polysiloxane cũng là một thuộc tính thuận lợi khi kiểm soát ăn mòn laesr và thuộc tính quang của hạt nano.Thêm vào, polysiloxane dễ đông lại ở nhiệt độ phòng bằng cách pha lẫn chất thích hợp.Quá trình làm đông đặc này có thể sử dụng để chế tạo chất rắn,tức là hạt/hợp chất tổng hợp.  Hình 1.8: Mô hình ăn mòn laser tạo vật liệu nano rắn Ăn mòn la
Tài liệu liên quan