آنالیز مواد

[ghasem motamedi]

میکروسکوپ نیروی اتمی
میکروسکوپ نیروی اتمی(م.ن.ا)[1] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_AFM)* یا میکروسکوپ‌های نیروی پویشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D9%86%DB%8C%D8%B1%D9%88%DB%8 C_%D9%BE%D9%88%DB%8C%D8%B4%DB%8C&action=edit)[2] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_SFM)* در سال ۱۹۸۶ توسط کوئِیْت، بنینگ و گربر[3] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_mokhtare)* اختراع شد.
مانند تمام میکروسکوپ‌های پراب پویشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_پرا� �¨_پویشی)[4] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_SPM)* دیگر، م.ن.ا از یک پراب (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D8%B1%D8%A7%D8%A8&action=edit) (probe) تیز که بر روی سطح نمونهٔ تحت بررسی حرکت می‌کند، استفاده می‌کند.
در مورد م.ن.ا، نوکی[5] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_tip)* بر روی کانتی‌لیور(اهرم) وجود دارد که در اثر نیروی بین نمونه و نوک خم می‌شود.
با خم شدن کانتی‌لیور، انعکاس نور لیزر (http://fa.wikipedia.org/wiki/لیزر) بر روی آشکارسازنوری[6] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_photodetector)* جابجا می‌شود. بدین ترتیب می‌توان جابجایی نوک کانتی‌لیور را اندازه‌گیری کرد. از آنجایی که کانتی‌لیور در جابجایی‌های کوچک از قانون هوک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86_%D9 %87%D9%88%DA%A9&action=edit) پیروی می‌کند، از روی جابجایی کانتی‌لیور می‌توان نیروی برهم‌کنش بین نوک و سطح نمونه را بدست آورد. و از روی نیروی بین اتم‌های سطح نمونه و پراب، می‌توان فاصلهٔ بین نوک و سطح نمونه، یا همان ارتفاع آن قسمت از نمونه را بدست آورد.
حرکت پراب بر روی نمونه توسط دستگاه موقعیت‌یاب بسیار دقیقی انجام می‌شود که از سرامیک‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/سرامیک) پیزوالکتریک (http://fa.wikipedia.org/wiki/پیزوالکتریک) ساخته می‌شود. این پویشگر توانایی حرکت در مقیاس زیر آنگستروم (http://fa.wikipedia.org/wiki/آنگستروم) را دارد.
حالت‌های کارکرد
حالت تماسی
در این حالت تماسی بین نوک میکروسکوپ و نمونه وجود ندارد و تصویر سازی از نیروی جاذبهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.
حالت بدون تماس
در این حالت نوک میکروسکوپ با نمونه در تماس بوده و تصویر سازی از نیروی دافعهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.
حالت تماس متناوب (ضربه‌ای)
این حالت نیز مانند حالت بدون تماس است با این تفاوت که در حالت تماس متناوب نوک کانتی‌لیور مرتعش به آرامی با نمونه برخورد می‌کند. در این روش، تصویرسازی با استفاده از دامنه‌ی ارتعاش کانتی‌لیور انجام می‌شود.


مزایا و معایب
· مزایا
o سادگی تهیهٔ نمونه
o اطلاعات دقیق ارتفاع
o قابلیت کار در هوا، خلا و مایعات
o قابلیت مطالعهٔ سیستم‌های زیستی زنده
· معایب
o بازهٔ مطالعهٔ عمودی محدود
o بازهٔ بزرگنمایی محدود
o وابستگی اطلاعات بدست آمده به نوع نوک میکروسکوپ
o امکان آسیب دیدن نوک میکروسکوپ یا نمونه
میکروسکوپ نوری روبش میدان نزدیک
مقدمه
مطالعه مواد و ساختارها در اندازه‌های میکرو و نانو نیاز به میکروسکوپ‌های با قدرت تفکیک بالا دارد، که به دلیل محدودیت پراش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D8%AD%D8%AF%D9%88%D8%AF%DB% 8C%D8%AA_%D9%BE%D8%B1%D8%A7%D8%B4&action=edit) حاکم بر میکروسکوپ‌های کلاسیک که در آن از عدسی‌ها استفاده می‌شود، دستیابی به این تفکیک با استفاده از این نسل از میکروسکوپ‌ها امکان پذیر نیست. در راستای دستیابی به این هدف میکروسکوپ‌های روبشی – پیمایشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%E2%80%8C%D9%87%D8%A7%DB%8C_%D 8%B1%D9%88%D8%A8%D8%B4%DB%8C_%E2%80%93_%D9%BE%DB%8 C%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8%B4%DB%8C&action=edit) ساخته شدند، که در آنها با بررسی نقطه به نقطه جسم و یا سطح مورد نظر و جمع آوری اطلاعات آنها و تحلیل این داده‌ها می توان به مورفولوژی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D9%88%D8%B1%D9%81%D9%88%D9% 84%D9%88%DA%98%DB%8C&action=edit) و خواص سطح نمونه مورد نظر دست یافت.
ساخت این نسل از میکروسکوپ‌ها با ساخت میکروسکوپ‌ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%E2%80%8C_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D 8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86%DB%8C&action=edit) آغاز گردید و به مرور زمان نمونه‌های کاملتر و یا جدید تری از این گروه از میکروسکوپ‌ها ساخته شدند که هر یک برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجود دقت بالای این میکروسکوپ‌ها مطالعه برخی از نمونه‌ها بوسیله این نوع از میکروسکوپ‌ها که عمدتا دارای ساختاری شبیه میکروسکوپ‌های الکترونی دارند به علل متعدد ممکن نیست. از جمله اینکه این میکروسکوپ‌ها، به استثنا برخی از آنها، نیاز به آماده سازی نمونه برای مطالعه توسط میکروسکوپ دارند که این امر ممکن است مشخصات نمونه را دچار دگرگونی کند و یا آن را در مواردی مثل نمونه‌های زنده و زیستی از حالت زنده بودن خارج کند. عللی از این دست و پیشرفت علم نورشناخت و ساخت لیزر و فیبر‌های نوری باعث شد تا میکروسکوپ‌های نوری زاده شوند که برخی از این معایب را مرتفع ساختند.
همانگونه که بیان شد این دسته از میکروسکوپ‌ها نیز به میکروسکوپ‌های روبشی ـ پیمایشی تعلق دارند و بنابراین نیاز به نوک‌های تیزی برای تاباندن نور به سطح نمونه و جمع آوری آن به منظور دستیابی به اطلاعات نمونه دارند. این نوک معمولا از فیبرهای نوری که ساخته می‌شود. ساخت این نوکها با معمولا با دو روش "گرما-کششی" و "تراش شیمیایی" انجام می شود.
کاربردها
همانگونه که در بالا بیان شد کاربرد عمده این میکروسکوپها بیشتر در مطالعه نمونه های زنده می باشد.

[ghasem motamedi]

میکروسکوپ الکترونی عبوری

میکروسکوپ الکترونی عبوری یا TEM نوعی میکروسکوپ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ) است که قابلیت عکس‌برداری از ریزساختار (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B1%DB%8C%D8%B2%D8%B3%D8%A7%D8% AE%D8%AA%D8%A7%D8%B1&action=edit) مواد با بزرگنمایی ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد کوچکتر از ۱ نانومتر را دارد. میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنین توانایی آنالیز عنصری، تعیین ساختار و جهت کریستالی اجزایی به کوچکی ۳۰ نانومتر را به صورت کیفی و کمی دارد.
تاریخچه
لوئیس دو بروگلی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%84%D9%88%D8%A6%DB%8C%D8%B3_%D8 %AF%D9%88_%D8%A8%D8%B1%D9%88%DA%AF%D9%84%DB%8C&action=edit) در سال ۱۹۲۵ برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترونها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارند را ارائه کرد. در سال ۱۹۲۷ دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید بطور مستقل آزمایشات کلاسیک تفرق (http://fa.wikipedia.org/wiki/تفرق) الکترونی را انجام دادند که نشان‌دهنده‌ی طبیعت موجی الکترون‌ها بود. در سال ۱۹۳۲ روسکا و نول اولین بار ایده‌ی میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند. در سال ۱۹۳۶ اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian-Vickers در انگلستان ساخته شد.

عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی) از یک نمونه‌ی آماده شده برای میکروسکوپ الکترونی عبوری که توسط تابش یونی متمرکز (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D8%A7%D8%A8%D8%B4_%DB%8C%D9 %88%D9%86%DB%8C_%D9%85%D8%AA%D9%85%D8%B1%DA%A9%D8% B2&action=edit) نازک شده است. غشای نازک برای بررسی توسط TEM مناسب است ولی با ضخامت حدود ۳۰۰ نانومتر بدون نازک کردن بیشتر برای بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری وضوح بالا (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B 1%D9%88%D9%86%DB%8C_%D8%B9%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C _%D9%88%D8%B6%D9%88%D8%AD_%D8%A8%D8%A7%D9%84%D8%A7&action=edit) مناسب نخواهد بود.
نمونه‌ها
شکل : فقط مواد جامد
اندازه : دیسکی با قطر ۳ میلی‌متر و ضخامت تقریبی ۵ میکرومتر

آماده‌سازی : باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9% 88%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) تا حدی نازک شود که به الکترونها اجازه‌ی عبور بدهد.

زمان تقریبی مورد نیاز : ۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی)
باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9% 88%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) تا حدی نازک شود که به الکترونها اجازه‌ی عبور بدهد.
زمان تقریبی مورد نیاز
۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی)

برخی از کاربردها
· تعیین جهت رشد مواد بلورین و صفحات کریستالی
· تعیین عیوب بلوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/عیوب_بلوری) و مرزدانه‌ها
· تشخیص مناطق دارای تنش پسماند (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D9%86%D8%B4_%D9%BE%D8%B3%D9 %85%D8%A7%D9%86%D8%AF&action=edit)
· شناسایی ترکیب شیمایی فازهای غیرآلی
محدودیت‌ها
· فرآیند تهیه‌ی نمونه‌ها بسیار زمان‌بر و خسته‌کننده است.
میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ) است که قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A8%D8%B2%D8%B1%DA%AF%D9%86%D9% 85%D8%A7%DB%8C%DB%8C&action=edit) ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر با قدرت تفکیک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%AF%D8%B1%D8%AA_%D8%AA%D9 %81%DA%A9%DB%8C%DA%A9&action=edit)ی در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.
تاریخچه
نخستین تلاش‌ها در توسعهٔ میکروسکوپ الکترونی روبشی به سال ۱۹۳۵ بازمی‌گردد که نول[1] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_K noll)* و همکارانش در آلمان پژوهش‌هایی در زمینهٔ پدیده‌های الکترونیک نوری انجام دادند. آرْدِن [2] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_A rdenne)* در سال ۱۹۳۸ با اضافه کردن پیچه‌های جاروب‌کننده به یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_عبوری) توانست میکروسکوپ الکترونی عبوری-روبشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B 1%D9%88%D9%86%DB%8C_%D8%B9%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C-%D8%B1%D9%88%D8%A8%D8%B4%DB%8C&action=edit) بسازد.
استفاده از میکروسکوپ SEM برای مطالعهٔ نمونه‌های ضخیم اولین بار توسط زوُرِکین[3] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_Z worykin)* و همکارانش در سال ۱۹۴۲ در ایالات متحده گزارش شد. قدرت تفکیک میکروسکوپ‌های اولیه در حدود ۵۰ نانومتر بود.
عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی از آلیاژ کبالت-سماریم-مس که بطور عمیق توسط محلول ۱۰ درصد اسید نیتریک در اتیل الکل (نایتال (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%86%D8%A7%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9% 84&action=edit)) برای حذف مواد بین دندریت‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/دندریت) اصلی اچ شده‌است.
شکل
هر جامد یا مایعی که فشار بخار (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1_%D8%A8%D8 %AE%D8%A7%D8%B1&action=edit)ی کمتر از ‎۱۰-۳ تور (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D9%88%D8%B1_%28%D9%81%D8%B4 %D8%A7%D8%B1%29&action=edit) داشته باشد
اندازه
محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین می‌شود. معمولاً نمونه‌هایی با اندازهٔ ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر را می‌توان در میکروسکوپ قرار داد.
آماده‌سازی
تکنیک‌های پولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) و اچ (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%DA%86&action=edit) متالوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/متالوگرافی) استاندارد برای مواد هادی الکتریسیته کافی هستند. مواد غیرهادی معمولاً با لایهٔ نازکی از کربن، طلا یا آلیاژهای طلا پوشش داده می‌شوند.
برخی از کاربردها
· بررسی نمونه‌های آماده شده برای متالوگرافی در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نور� �Œ).
· بررسی مقاطع شکست و سطوحی که اچ عمیق شده‌اند و مستلزم عمق میدان (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B9%D9%85%D9%82_%D9%85%DB%8C%D8 %AF%D8%A7%D9%86&action=edit) بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری هستند.
· ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه‌ها در فاصله‌ای به کوچکی ۱ میکرومتر
محدودیت
· کیفیت تصویر سطوح تخت نظیر نمونه‌هایی که پولیش و اچ متالوگرافی شده‌اند، معمولاً در بزرگنمایی کمتر از ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر به خوبی میکروسکوپ نوری نیست.

[ghasem motamedi]

فهرست روش‌های آنالیز مواد


کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%DA%A9%D8%B1%D9%88%D9%85%D8%A7%D8% AA%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C_%D9%85%D8%A 7%DB%8C%D8%B9_%D8%A8%D8%A7_%D8%B9%D9%85%D9%84%DA%A 9%D8%B1%D8%AF_%D8%A8%D8%A7%D9%84%D8%A7&action=edit&redlink=1) (HPLC)
کروماتوگرافی گازی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%DA%A9%D8%B1%D9%88%D9%85%D8%A7%D8% AA%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C_%DA%AF%D8%A 7%D8%B2%DB%8C&action=edit&redlink=1) (GC)
طیف‌سنجی جذب اتمی (http://fa.wikipedia.org/wiki/طیف‌سنجی_جذب_Ø §ØªÙ…ÛŒ) (AAS)
طیف‌سنجی جذب نوری (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%AC%D8%B0%D8%A8_%D9%86%D9%88% D8%B1%DB%8C&action=edit&redlink=1) (OAS)
طیف‌سنجی نشر شعله (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D9%86%D8%B4%D8%B1_%D8%B4%D8%B9% D9%84%D9%87&action=edit&redlink=1) (FES)
طیف‌سنجی تخلیه گازی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%AA%D8%AE%D9%84%DB%8C%D9%87_% DA%AF%D8%A7%D8%B2%DB%8C&action=edit&redlink=1) (GDS)
طیف‌سنجی مادون قرمز (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D9%85%D8%A7%D8%AF%D9%88%D9%86_% D9%82%D8%B1%D9%85%D8%B2&action=edit&redlink=1) (IRS)
طیف‌سنجی جرمی (http://fa.wikipedia.org/wiki/طیف‌سنجی_جرمÛ� �) (MS)
رزونانس مغناطیسی هسته (http://fa.wikipedia.org/wiki/رزونانس_مغناط� �ŒØ³ÛŒ_هسته) (NMR)
طیف‌سنجی تهییج جرقه (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%AA%D9%87%DB%8C%DB%8C%D8%AC_% D8%AC%D8%B1%D9%82%D9%87&action=edit&redlink=1) (SES)
پراش اشعه ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/پراش_اشعه_ایکس ) (XRD)
فلورسانس اشعه ایکس (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%81%D9%84%D9%88%D8%B1%D8%B3%D8% A7%D9%86%D8%B3_%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87_%D8%A7%DB% 8C%DA%A9%D8%B3&action=edit&redlink=1) (XRF)
طیف‌سنجی تفکیک طول موج (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%AA%D9%81%DA%A9%DB%8C%DA%A9_% D8%B7%D9%88%D9%84_%D9%85%D9%88%D8%AC&action=edit&redlink=1) (WDS)
طیف‌سنجی انرژی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%A7%D9%86%D8%B1%DA%98%DB%8C&action=edit&redlink=1) (EDS)
آنالیز توزین حرارتی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A2%D9%86%D8%A7%D9%84%DB%8C%D8% B2_%D8%AA%D9%88%D8%B2%DB%8C%D9%86_%D8%AD%D8%B1%D8% A7%D8%B1%D8%AA%DB%8C&action=edit&redlink=1) (TGA)
مشتق توزین حرارتی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D8%B4%D8%AA%D9%82_%D8%AA%D9 %88%D8%B2%DB%8C%D9%86_%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D8% AA%DB%8C&action=edit&redlink=1) (DTG)
گرماسنجی افتراقی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%DA%AF%D8%B1%D9%85%D8%A7%D8%B3%D9% 86%D8%AC%DB%8C_%D8%A7%D9%81%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%8 2%DB%8C&action=edit&redlink=1) (DSC)
دیلاتومتری حرارتی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AF%DB%8C%D9%84%D8%A7%D8%AA%D9% 88%D9%85%D8%AA%D8%B1%DB%8C_%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B 1%D8%AA%DB%8C&action=edit&redlink=1) (TD)
طیف‌سنجی فتوالکترون پرتو ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/طیف‌سنجی_فتوØ� �لکترون_پرتو_اÛ� �کس) (XPS)
طیف‌سنجی الکترون اوژه (http://fa.wikipedia.org/wiki/طیف‌سنجی_الکØ� �رون_اوژه) (AES)
پراش الکترون اوژه (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D8%B1%D8%A7%D8%B4_%D8%A7%D9 %84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86_%D8%A7%D9%88%DA% 98%D9%87&action=edit&redlink=1) (AED)
طیف‌سنجی جرمی یون ثانویه (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81%E2%80%8C%D8%B3% D9%86%D8%AC%DB%8C_%D8%AC%D8%B1%D9%85%DB%8C_%DB%8C% D9%88%D9%86_%D8%AB%D8%A7%D9%86%D9%88%DB%8C%D9%87&action=edit&redlink=1) (SIMS)
میکروسکوپ نیروی اتمی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی) (AFM)
میکروسکوپ الکترونی روبشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی) (SEM)
میکروسکوپ الکترونی عبوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_عبوری) (TEM)
میکروسکوپ نوری عبوری (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D9%86%D9%88%D8%B1%DB%8C_%D8% B9%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C&action=edit&redlink=1) (TOM)
میکروسکوپ نوری بازتابی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D9%86%D9%88%D8%B1%DB%8C_%D8% A8%D8%A7%D8%B2%D8%AA%D8%A7%D8%A8%DB%8C&action=edit&redlink=1) (ROM)
میکروسکوپ نیروی جانبی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D9%86%DB%8C%D8%B1%D9%88%DB%8 C_%D8%AC%D8%A7%D9%86%D8%A8%DB%8C&action=edit&redlink=1) (LFM)
میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_مغناطیسی) (MFM)
میکروسکوپ نیروی تونلی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_تونلی) (STM)
میکروسکوپ میدان نزدیک نوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_مید� �§Ù†_نزدیک_نوری) (NSOM)
کاتد لومینسانس (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%DA%A9%D8%A7%D8%AA%D8%AF_%D9%84%D9 %88%D9%85%DB%8C%D9%86%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%B3&action=edit&redlink=1) (CL)

[ghasem motamedi]

طیف‌بینی جذب اتمی

[ghasem motamedi]

پراش پرتو ایکس ( XRD)، روشی قدرتمند است که برای تشخیص فازهای بلوری که در مواد وجود دارند و همچنین برای سنجش ویژگی های ساختاری( وضعیت کرنش، اندازه دانه، epitaxy، ترکیب فازی، جهت گیری ترجیهی و ساختار معیوب )این فازها به کار می رود. XRD همچنین برای تشخیص ضخامت فیلم های نازکو چند لایه ای و آرایش اتمی در مواد آمورف ( شامل پلیمرها) و فصل مشترک ها استفاده می شود.





XRD در سنجش فاصله اتمی دقت بی نظیری ارائه می دهد و روش مطلوب برای تشخیص حالت ها و وضعیت های کرنش در فیلم های نازک است. XRD بدون تماس با ماده عمل می کند و یک روش غیر مخرب می باشد که آن را برای تحقیقات درجا ایده آل می سازد. شدت هایی که با XRD سنجیده می شود می تواند اطلاعات صحیح کمی، از آرایش اتمی در فصل مشترک ها بدست دهد. موادی که از هر عنصری ساخته شده اند را می توان با موفقیت با XRD مطالعه کرد ولی از آنجایی که شدت پراش برای عناصر Zبالا بسیار بزرگتر از عناصر z پایین است، XRD به عناصر Z بالا بسیار حساس است.





با تجهیزات آزمایشگاهی، حساسیت های سطحی تا ضخامت 50 آنگستروم قابل دسترسی است ولی تشعشع سینکروترون (به علت شدت بالاتر آن) اجازه شناسایی فیلم های به مراتب نازک تر را می دهد و برای بسیاری مواد، تنها لایه های تک اتمی را آنالیز می کند. در حالی که ساختار به عنوان تابعی از عمق به صورت عادی در XRD سنجیده نمی شود به کمک روش های ویژه دیگری امکان پذیر است.





در حالیکه XRD غیرمخرب است و می تواند در بیشتر محیط ها استفاده شود، TEM و پراش الکتونی از روش های مخرب هستند ( بنا بر روش های آماده سازی نمونه ) و نیاز مند خلا بالا می باشند (چرا که ذرات هوا در مسیر لشعه الکترونی فرار می گیرند و نتایج حاصل از


آنالیز آنها در نتیجه نهایی تاثیر اجتناب ناپذیر دارد). یکی از معایب XRD در مقایسه با پراش الکترونی شدت پایین پرتوهای پراش یافته به ویژه برای مواد Z پایین است. شدت های معمول پراش الکترونی حدود 108 برابر بزرگتر از شدت های XRD است. به علت شدت های


پراش کم، XRD فیلم های نازک معمولا به نمونه های بزرگ نیازمند است و اطلاعات بدست آمده میانگینی از یک سطح وسیع است.





XRD فیلم های نازک در بسیاری از کلربردهای تکنولوژیکی به علت توانایی تشخیص صحیح کرنش ها و سنجش منحصر به فرد حضور و ترکیب فازها، مهم می باشد. در زمینه رسانا ها و کاربردهای مواد نوری، XRD برای سنجش حالت کرنش، جهت و نقص های فیلم های نازک epitaxial، که ویژگی های الکتریکی و نوری فیلم را تحت تاثیر قرار می دهند، استفاده می شود. برای فیلم های نازک مغناطیسی به منظور شناسایی فازها و تشخیص جهت های ترجیهی، از آنجایی که این موارد ویژگی هی مغناطیسی را مشخص می کنند، بکار میرود.





در کاربردهای متالورژیکی برای شناسایی کرنش ها در لایه های سطح و فیلم های نازک که ویژگی های مکانیکی را تحت تاثیر قرار می دهند، استفاده می شود.

پراش پرتو X

با روش پراش پرتو X، طو ل موج های مختلف را می توان جدا ساخته و اندازه گیری نمود .


چون طول موج های x با فواصل بین اتم ها د ر مواد بلوری برابر است، بنابر این مواد بلوری برای پرتو x می توانند نقش توری پراش را بازی کنند.

در شکل زیر بخشی از تابش پرتو X به سطح بلور توسط اتم های اولین لایه و قسمتی نیز توسط اتم های لایه دوم پراش داده شده است و الی آخر.



[/URL]




بر اساس قانون براگ، فرض می کنیم که شرایط ایده ال در طی پراش حاصل گردد. این شرایط عبارتند از:

-کامل بودن کریستال

این شرایط به طور واقعی وجود ندارد


معمولا یک کریستال وقتی کامل تصور می شود که تمامی مکان های شبکه به وسیله اتم ها اشغال شده باشد و هیچ نقصی در شبکه کریستال وجود نداشته باشد (نقص نقطه ای: جاهای خالی، بین نشینی ها - نقص خطی: نابجایی ها - نقص صفحه ای: مرزدانه ها، نقص های انباشتگی – نقص حجمی: حفرات، رسوب ها)

کریستال ها هرگز کامل نیستند، زیرا آنها حاوی مقادیر گوناگون عیوب تحت شرایط تعادلی می باشند.

- اشعه برخوردی ترکیبی از تابش کاملا موازی و تک طول موج باشد

پهنای پیک پراش اساسا به علت سه فاکتور افزایش می یابد


1.تاثیرات دستگاهی
منابع خارجی گستره پیک های مختلفی را باعث می شود. بنابراین شکل یک پیک ایده آل، یک پیک بدون هیچ
پهنای قابل ملاحظه(شکل a1(2.، به علت اثرات دستگاهی به آنچه در شکل 2.1b نشان داده منتقل می شود

2. اندازه کریستالی
پیک به علت اثر اندازه های کریستالی کوچک عریض می شود.
اندازه مناسب برای پراش پودر معمولا از0.5 میکرون تا 10 میکرون
بنابراین در حضور اثرات ابزاری و اندازه های کریستالی پیک ها را مانند شکل 2.1c گسترده می کنند.

3. کرنش شبکه
اگر تمامی اثرات ذکر شده به طور همزمان در نمونه حضور داشنه باشند، پیک بسیار گسترده خواهد شد. شکل d 2.1



تعاریفی که در این متن استفاده شده است

ارتفاع پیک
FWHM (پهنا در نصف ارتفاع ماکزیمم) پهنا با اندازه گیری پهنای B به رادیان در شدت برابر با نصف شدت ماکزیمم (FWHM ) تخمین زده می شود.
دقت شود که B پهنای زاویه ای بر حسب θ 2 می باشد که یک پهنای خطی نیست.



[URL="http://raidpic.com/iH6hL8h69o.html"] (http://raidpic.com/VYwsK4RtpK.html)


کاهش پهنای آزمایشگاهی

تاثیر متقابل هر یک از عوامل تاثیرگذار، اندازه کریستالی کوچک و کرنش شبکه، در گستردگی پیک می تواند تنها بعد ازحذف اثر ابزاری از پیک های مشاهده شده تعیین گردد.

معمولا به منظور تعیین میزان پهنای ابزاری، نمونه مجهول را با مقداری دانه های درشت کاملا آنیل شده(بدون کرنش)، پودر استانداردی که اندازه کریستالی آن پهنایی را ایجاد نمی کند، مخلوط می کنند.

برای مثال پودر سیلیکون(یک ماده ترد که می تواند به شکل پودر عاری از کرنش ذخیره شده تولید گردد) با اندازه دانه حدود 10 میکرون که برای رسیدن به این منظور ایده آل است.

بنابراین گستره ی پیک ماده استاندارد به علت ابزاری، دقیقا همان پهنای آزمایشگاهی در الگوی پراش X نمونه مجهول می باشد.

[ghasem motamedi]

تعریف شکست:

تقسیم شدن یک جسم جامد در اثر نیروی خارجی به چند تکه شکست نام دارد.
در اشل اتمی گسستن اتصال بین اتمها شکست نام دارد. فرآیند شکست از دو مرحله شروع ترک و اشاعه ترک تشکیل می شود. نتیجه شکست ایجاد سطوح جدیدی به نام سطوح شکست است.
به طور کلی مواد و قطعات را از نظر نوع شکست می توان به دو دسته ترد و نرم تقسیم بندی کرد. همان طوری که می دانید تردی و نرمی یک خاصیت ذاتی ماده نمی باشند و با عواملی مختلف چون نوع ساختار، درجه حرارت، سرعت اعمال بار و ... تغییر می کند.

شکست ترد را می توان با توجه به عوامل و خصوصیاتی که ذیلا ذکر می شود توضیح داد:

الف) در شکست ترد، شکست از نوع تورقی( کلیواژ ) می باشد که در اثر اعمال تنش های نرمال به سطح به وجود می آید. یعنی همراه با جدا شدن صفحات کریستالی می باشد.

ب) در حالت ترد سطح شکست به علت انعکاس نور زیاد روشن به نظر می رسد.

ج) سرعت رشد ترک بسیار زیاد است.

د) در حال شکست ترد جسم تغییر فرم پلاستیک ناچیزی می دهد.


خصوصیات شکست نرم یا داکتایل:

الف) در حالت های تنش های برشی به وجود می آید. یعنی سیستم های لغزشی در این نوع شکست فعال می شوند.

ب) سطح شکست به صورت تیره رنگ یا خاکستری رنگ می باشد و حالت رشته ای (Fibrous) دارد.

ج) در این نوع شکست جسم تغییر فرم پلاستیک زیادی می دهد و سرعت رشد ترک نسبتا کمتر است.


در حالت معمول سطوح شکست تلفیقی از دو نوع شکست بالا می باشند.

همان طوری که گفتیم تردی و نرمی خواص ذاتی ماده نیستند، چرا که بعضی از مواد تحت شرایطی نوع شکست در آنها تغییر می کند و می توانند رفتارهای متفاوتی از لحاظ تردی و نرمی از خود نشان دهند.
بطور کلی می توان عوامل زیر را در تردی و نرمی یک ماده موثر دانست:

1) درجه حرارت
با کاهش درجه حرارت تردی در قطعه یا جسم افزایش می یابد، بخصوص برای موادی که دمای تبدیل تردی به نرمی دارند این پدیده و این پارامتر بسیار موثر است. مثلا ممکن است ماده ای در دمای بالا خاصیت نرمی از خود نشان دهد و لیکن همین ماده در دماهای پایین خاصیت تردی داشته باشد.

2) سرعت اعمال بار
هر چقدر سرعت بارگزاری و یا سرعت کرنش بیشتر شود جسم به سمت تردی بیشتری پیش می رود.

3) وجود هر گونه شیار، حفره، ترک باعث ایجاد تردی در ماده می شود.

4) قطعات نازک نسبت به قطعات ضخیم چون سیستم تنشی در آنها از حالت دو بعدی به حالت سه بعدی تغییر می کندمقاوم ترند ( ورق های نازک مقاومت بیشتری به شکست دارند).

5) در حالتی که سیستم تنشی از حالت دو بعدی به سه بعدی تغییر می کند، جسم رفتار تردتری از خود نشان می دهد.


در اینجا لازم می دانیم به تعاریفی از خزش و خستگی نیز اشاره کنم:

تعریف خزش:

عبارت است از تغییر فرم پلاستیک در دما و تنش ثابت نسبت به زمان.
خزش از صفر مطلق شروع شده و تا نزدیکی نقطه ذوب ادامه دارد ولی خزش در دماهای بالا اهمیت بیشتری دارد.

حد مقاومت خزش در برابر شکست:
مقدار تنشی که قطعه در زمان t تحمل می کند بدون آنکه شکسته شود.

تعریف خستگی:
شکسته شدن جسم بر اثر اعمال تنش های متغیر متناوب روی آنها که علت شکسته شدن مواد در خستگی بدلیل جوانه زنی و رشد ترک است.

سه عامل عمده برای وقوع شکست خستگی عبارتند از:

1) تنش کششی حداکثر و به مقدار بسیار زیاد

2) تغییرات به حد کافی و زیاد در تنش وارده

3) زیاد بودن سیکل های تنش وارده

آنالیز شکست و پیشگیری از آن ، کار مهمی است که برای تمام سازه های مهندسی ضروری می باشد . یکی از رشته های مهندسی که نقش بسیار مهمی در آنالیز و تحلیل (http://www.negarclubs.ir/) شکست دارد مهندسی (http://www.negarclubs.ir/)مواد است . خواه یک قطعه یا جزء در هنگام کار کردن شکسته شود . و یا در هنگام تولید ( در طی پروسه ی ساخت ) ، در هر مورد باید علت شکست برای پی بردن به نحوه ی جلوگیری از اتفاق دوباره در آینده ، تعیین گردد . یکی دیگر از موارد مورد بررسی تعیین نحوه ی به کارگیری از وسایل ، اجزاء و ساختارها می باشد که باید مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد .
یکی از مثال های بسیار محسوس از کاربرد آنالیز شکست در صنایع هوایی می باشد . سوانح هوایی در ذهن افکار عمومی (http://www.negarclubs.ir/)می ماند که علت آن از دست رفتن غیر عادی جان افراد زیادی به طور آنی و آسیب روحی بسیار زیادی است که این نوع خاص از حوادث دارد .
در 19 دسامبر 2005 ، همین که یک هواپیمای دریایی با نام Grumman G73T Turbo Mallard از ساحل میامی در فلوریدا عبور کرد ، منفجر شد و این سقوط هنگامی اتفاق افتاد که هواپیما در حال بلند شدن بود.
هواپیما حامل پانزده مسافر ، 3 کودک و دو خدمه بود . در هنگام وقوع حادثه ، انفجاری اتفاق افتاد و هواپیما آتش گرفت و بال سمت راست هواپیما ، پیش از برخورد هواپیما با سطح آب از آن جدا شد . آزمایشات (http://www.negarclubs.ir/)انجام گرفته بر روی لاشه ی هواپیما نشان داد که ترک های ناشی از خستگی در بال راست هواپیما موجب بروز حادثه شد . اما علت حادثه هنوز در دست بررسی می باشد . به هر حال شکست در ساختار هواپیما که در ابتدا با خستگی شروع شد مورد شک است .
یکی دیگر از سوانح هوایی فاجعه ی پرواز 800 خطوط هوایی Trans world Air lines بود ( این شرکت یکی از گسترده ترین شرکت های هوایی در ایالات متحده ی آمریکاست ) این اتفاق هنگامی رخ داد که یک هواپیمای بویینگ 747 در Long Island ( ایسلندی که متعلق (http://www.negarclubs.ir/)به ایالت نیویورک آمریکاست ) در حال پرواز بود . تلاش های گسترده ای برای پیدا کردن علت این تصادف انجام شد ولی تا کنون علت خاصی برای وقوع این فاجعه پیدا نشده است ؛ اما محتمل ترین علت این حادثه فرسودگی سیم های سنسور مخزن سوخت این هواپیما پیش بینی می شود .
بسیاری از مردم عکس هایی از حادثه ی بازسازی شده دیدند .
بازسازی حادثه (http://www.negarclubs.ir/)یک مرحله اصلی در بررسی سوانح هوایی می باشد . بررسی سوانح هوایی به صورت کلاسیک با بررسی بر روی سوانح هوایی De Havilland Comet در ابتدای دهه ی 1950 آغاز شد .
Comet اولین خط هوایی بود که از جت های تجاری استفاده کرد . بسیاری از Comet ها در ساختمان نشان شکستگی پیدا می کردند که این امر به خاطر عیوب طراحی بود . تلاش های انجام گرفته منجر به آگاهی از علت این سوانح هوایی شد . آنالیز متالورژیکی شکست نقش تعیین کننده ای در فهمیدن مکانیزم و توالی شکست داشت و سرانجام باعث شناخت علت سوانح هوایی شد.







تازه ترین سوانح هوایی که باعث ایجاد پیامدهای اساسی شد شامل : پرواز 261 خطوط هوایی آلاسکا ( Alaska Air lines ) است که در این حادثه یک هواپیمای بویینگ McDonnell Douglas MD-83 در اقیانوس آرام سقوط کرد . این هواپیما عازم کالیفورنیا بود و در 31 ژانویه ی 2000 سقوط کرد .
همچنین پرواز 587 خطوط هوایی آمریکا American Air lines ، که در این حادثه یک هواپیمای ایرباس A-300 در ابتدای کوپینز جنوبی Southern Queens در مجاورت شهر نیویورک و در 12 نوامبر 2001 سقوط کرد . در شکل 1 عکس هایی از سقوط (http://www.negarclubs.ir/)هواپیماها و یا انهدام آنها را می بینید .
یکی دیگر از مثالهای مورد بررسی سوانح در بخش حمل و نقل ریلی می باشد . که در این حادثه که در سوم ژوئن 1998 اتفاق افتاد ، یک قطار سریع السیر در کشور آلمان از ریل خارج شد . قطار در حال طی مسیر میان مونیخ و هامبورگ بود که قبل از ساعت 11 صبح در Eschede که در 35 مایلی شمال هانوفر واقع است از خط خارج شد . بر اساس گزارش به دست آمده تعدادی از مسافران قطار پیش از واژگونی قطار صدای تغ تغ کردن قطعه ای از قطار را شنیده بودند . با بررسی های انجام گرفته علت تغ تغ کردن ها مشخص شد . مأمورین تحقیق می گویند که یکی از چرخهای قطار پیش از واژگونی شکسته بوده . البته این محتمل ترین علت شناخته شد .
آنالیز شکست به تحقیقات درزمینه ی سوانح قطارها و هواپیماها محدود نمی شود . در اینجا من امیدوارم که بتوانم در مورد معنای آنالیز شکست توضیحاتی بدهم .
آنالیز (http://www.negarclubs.ir/)شکست (Failure analysis)گاهی اوقات با نام جلوگیری از شکست ( Failure Prevention) نامیده می شود . این واژه در صنعت الکترونیک با نام Reliability Physics نام گذاری شده است . از آنجایی که مهندسین مواد نقش عمده ای در پروسه ی آنالیز شکست ایفا می کنند . مطالعه در زمینه ی مهندسی و علم مواد دری است که به سوی دنیای آنالیز شکست باز می گردد .

شکست خط لوله ی گاز طبیعی در ونزوئلا ( Venezuelan Natural Gass Pipeline Rupture ) :

در دسامبر 1993 یک لوله ی گاز طبیعی در کنار بزرگراهی در ونزوئلا ترکید . ( شکل 2 الف ) احتراق سریع گازهای پخش شد ه باعث پدید آمدن چنان جهنمی شد که حداقل 50 نفر در آن حادثه کشته شدند . مهندسین انجمن آنالیز شکست با متخصصین خود در زمینه های مواد ، احتراق (http://www.negarclubs.ir/)و مکانیزم شکست برای بررسی علت و چگونگی وقوع این حادثه به ونزوئلا سفر کردند تا بتوانند علت وقوع چنین حادثه ای را پیدا کنند.






البته لازم به ذکر است که علت وقوع چنین حادثه ای می تواند بدی طراحی ، مواد اولیه ی نامرغوب در تهیه ی لوله ها و یا پروسه ی معیوب اتصال لوله ها به وسیله ی جوش و یا حتی خوردگی در بخشی از این لوله باشد . همچنین در شکل 2 ب شکست در نردبان ماشین آتش نشانی هوریل ( Heverill fire department) را می بینید . شکستن نردبان هرگز یک واقعه ی غیر عادی نیست و مانند حادثه ی خط لوله ی گاز طبیعی در ونزوئلا می توانند به دلیل عواملی همچون : اشتباهات طراحی ، استفاده از مواد نامرغوب و یا به علت روش تولید باشد . یکی از عوامل دیگر که بر شکست قطعات موثر است ، شکست بر اساس پدیده ای به نام خستگی ( Fatigue) می باشد .
خستگی یک طریقه ی ایجاد شکستگی در قطعات است . که در مواد به کار رفته در ساختار ماشین ها ، در جاهایی که بارگذاری مداوم داریم اتفاق می افتد . هنگامی که در مورد خستگی فکر می کنند واقعاً به یک نردبان هوایی ، یک میله ی متحرک (http://www.negarclubs.ir/)در اتومبیل و یا یک بال هواپیما احتیاج پیدا می کنید . در این مقاله شما می توانید بفهمید که یک نفر چگونه می تواند شکست ناشی از خستگی را از انواع دیگر شکست ها تشخیص دهد . برای آنالیز شکست در ساختار قطعات ، ما نیازمند تست های مکانیکی هستیم . برای مثال بیایید در مورد احتمال شکست بر اساس پدیده ی خستگی در یک فنر مورد استفاده در درب یک گاراژ صحبت کنیم . برای پیش بینی عمر یک چنین فنری ، باید بدانیم که هنگام قرارگیری این فنر در درب گاراژ چه مقدار نیرو بر آن اعمال می شود . همچنین باید تعداد دفعاتی که این نیرو مثلاً در مدت یک سال بر قطعه وارد می شود . را بدانیم با استفاده از روش های تحلیلی و روش های مدل سازی کامپیوتری می توان به سوال خودمان پاسخ دهیم و پیش بینی کنیم که خستگی در این فنر پس از گذشت چند دفعه و یا سیکل اتفاق می افتد . با مقایسه ی نتایج حاصل از مدل سازی با نتایج حاصل از آزمون خستگی می توان درستی روش مدل سازی را بررسی کرد . تست خستگی با آزمون کشش تک محوری و بر روی نمونه ی فنر انجام می شود . ( در شکل 3 )






یک نمونه سیستم برای تست مواد ساختمانی نشان داده شده است . این دستگاه مخصوص خستگی است که برای نیروهای کوچک و کاربردهایی که خستگی دوره ای ( دینامیک ) است ، ساخته شده است .
همچنین این دستگاه (http://www.negarclubs.ir/)در دو حالت کشش و فشار کار می کند . این سیستم بر اساس گزارش داده شده برای آزمایشات بیومکانیک بر روی مواد استخوانی مورد استفاده در صنعت پزشکی در مدرسه ی پزشکی هاروارد ( Harvard Medical School) طراحی و ساخته شده است .
در بخش های قبلی امکان وقوع شکستگی در ساختمان یک نردبان به وسیله ی پدیده ی خستگی اشاره شد . حال چگونه کسی می تواند بگوید که شکستگی به وجود آمده به علت خستگی رخ داده و به علت سایر مکانیزم های ترد شدن فلزات نیست ؟
جواب به سوال بالا این است که باید قطعه را فراکتوگرافی ( Fractography) کنیم .






فراکتوگرافی یک بررسی مقطع شکست با یک میکروسکوپ است . که تا پیش از ظهور میکروسکوپ های الکترونی (http://www.negarclubs.ir/)( TEM,SEM) انجام فراکتوگرافی بسیار مشکل بود . در شکل 4 یک سطح مقطع شکست که با SEM تصویربرداری شده را می بینید ( بزرگنمایی تقریباً 5000x است ) . در این تصویر ترک های موازی نمایش داده شده است که این خطوط به خطوط خستگی معروف اند و مشخصه ی رشد ترک های حاصل از خستگی در یک ماده ی نرم ( داکتیل ) .
حال به سانحه ی هوایی Grumman G73T Turbo Mallard که در بالا بدان اشاره شد بر می گردیم . پس از انجام آزمایشات فراکتوگرافی بر روی لاشه ی هواپیما مامورین متوجه ایجاد خستگی بر روی دیرک عقبی بال سمت راست هواپیما شدند ؛ که همین خستگی موجب شکسته شدن دیرک و جدایش بال هواپیما شد .

بازرسی قطعات غیر فلزی ( Inspection of Non-Metallic Components) :

اکنون بیایید بر روی قطعه ای غیر فلزی که یک مهندس مواد باید آن را برای بهینه سازی کارایی تحلیل و بررسی کند ، متمرکز شویم . برای مثال : معمولی ترین نوع از واشرهایی که در موقعیت های دینامیکی کاربرد دارند ، واشرهای تهیه شده از مواد آلی هستند . ( مثلاً واشر شافت متحرک ) . در حالی که قیمت این واشرها مینیمم است ، برخی از خواص (http://www.negarclubs.ir/)این لاستیک ها نیز بسیار خوب است . و این امر باعث کاربرد وسیع این نوع واشر در صنایع مختلف شده است .





در کنار تمام خصوصیات این نوع از واشرها ، یک ترکیدگی زود هنگام ، می تواند بهترین برنامه ریزی کاری را نیز خراب کند . شکل 5 دو تصویر از ایجاد ترک در مواد پلیمری نشان داده شده است .
در شکل 5 الف یک پیغام مهم در مورد هر آنالیز شکست آورده شده است . که این پیام بررسی دقیق نمونه با چشم غیر مسلح و یا با ذره بین با بزرگنمایی 5x یا 10x است . نکته ی مهم در مورد مواد پلیمری این است که هر شکست و ترکی از سطح جسم پلیمری شروع می شود . در شکل 5 ب یک نوع خاص از مکانیزم های شکست نشان داده شده است . ضمناً هنگامی که سرعت دستگاه ( شافت متحرک ) افزایش یابد دمای لبه های واشر افزایش یافته ، که یکی از نتایج دمای بالا خشکی و نتیجه ی دیگر شکنندگی لبه های واشر است . کشیدن لبه های واشر ممکن است ترک های به وجود آمده در قطعه را بهتر آشکار کند . نشانه ی دیگر این تخریب ( ایجاد ترک ها ) یک لایه ی نازک حلقوی است که درطول لبه واشر تشکیل می شود . درحقیقت افزایش دما موج تخریب مواد نرم کننده موجود در لاستیک شده و ترک ایجاد می کنند . اطلاعات ارائه شده در بالا مانند کلیدی در پی بردن به خراب شدگی واشر به ما کمک می کنند . البته در بررسی عمر واشرها توجه به محیطی که واشرها در حال کارند ، نیز باید توجه کرد .

آنالیز شکست در وسایل ( Failure Analysis of Devices) :

اکنون بیایید بحث را عوض کنیم و در مورد روش های آنالیز شکست در وسایل جامد صحبت کنیم .
وسایل الکترونیکی ، مغناطیسی و اپتیکی نیز می توانند شکسته شوند . ما برای افزایش ضریب قابلیت اطمینان (http://www.negarclubs.ir/)و یا ایجاد تغییرات در پروسه ی تولید ، نیازمند آگاهی از علت شکست ، نحوه ی شکست و مقدار آن هستیم . در اینجا مثال هایی آورده شده است که به شما در مورد فیزیک قابلیت اطمینان ( Reliability physics ) ویا آنالیز شکست در وسایل (http://www.negarclubs.ir/)اطلاعاتی می دهد .
میکروسکوپ های پروبی روبشی ( SPM ) و میکروسکوپ های نیروی اتمی ( AFM ) در آنالیز شکست قطعات و وسایل کاربرد دارد . مثلاً در بررسی یک مدار مجتمع ، ما می توانیم با گرفتن عکس هایی از سطح مدار به وسیله ی AFM، عیوب موجود بر روی IC را شناسایی و با بزرگنمایی مناسب علت آن را پیش بینی و رفع کنیم . میکروسکوپ نیروی الکترونی ( Electron Force Microscopy) نیز می توانند در تحلیل علت وقوع یک خرابی کوچک در ساختار IC به ما کمک کنند که با استفاده از تصاویر واضح ایجادی به وسیله ی این دو تکنیک ، حتی اشتباهات تولید نیز قابل ردیابی است . همچنین با پی بردن به جزئیات مدارهای مجتمع تولیدی با عکس ها و تصاویر حاصل از این میکروسکوپ ها ، می توان تکنولوژی مدارهای مجتمع را به آسانی در جهان منتقل کرد . و به آسانی هر کس به مطالعه ی شکست در قطعات بپردازد و احتمالات و پی آمدن های وجود انواع شکست در قطعات را مورد بررسی قرار دهد . همچنین آزمون های غیر مخرب دیگری برای تحلیل شکست در قطعات میکروالکترونیکی موجود است . که از جمله ی این آزمون ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1 ـ میکروسکوپ اکوستیک روبشی نوع (c ( C-SAM
2 ـ میکروسکوپ مادون قرمز روبشی ( SIR)

[ghasem motamedi]

ميكروسكوپ TEM چيست ؟

اساس عملكرد ميكروسكوپ انتقال الكتروني (Transmission Electron Microscope) كه به اختصار به آن TEM گويند مشابه ميكروسكوپ هاي نوري است با اين تفاوت كه به جاي پرتوي نور در آن از پرتوي الكترون استفاده مي شود. آنچه كه مي توان با كمك ميكروسكوپ نوري مشاهده كرده بسيار محدود است در حالي كه با استفاده از الكترونها به جاي نور، اين محدوديت از بين مي‌رود. وضوح تصوير در TEM هزار برابر بيشتر از يك ميكروسكوپ نوري است.

با استفاده از TEM مي توان جسمي به اندازه چند انگستروم (10-10 متر) را مشاهده كرد. براي مثال مي‌توانيد اجزاي موجود در يك سلول يا مواد مختلف در ابعادي نزديك به اتم را مشاهده كنيد. براي بزرگنمايي، TEM ابزار مناسبي است كه هم در تحقيقات پزشكي، بيولوژيكي و هم در تحقيقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.

در واقع TEM نوعي پروژكتور نمايش اسلايد در مقياس نانو است كه در آن پرتويي از الكترون ها از تصوير عبور داده مي شود. الكترون هايي كه از جسم عبور مي كنند به پرده فسفرسانس برخورد كرده سبب ايجاد تصوير از جسم بر روي پرده مي شوند. قسمت هاي تاريك تر بيانگر اين امر هستند كه الكترون هاي كمتري از اين قسمت جسم عبور كرده اند( اين بخش از نمونه چگالي بيشتري دارد) و نواحي روشن تر مكانهايي هستند كه الكترون از آنها عبور كرده است (بخش هاي كم چگال تر).

وضوح اين ميكروسكوپ 2/0 نانومتر است كه در حد اتم است (بيشتر اتم ها ابعادي تقريبا برابر 2/0 نانومتر دارند). با اين نوع ميكروسكوپ حتي مي توان نحوه قرار گرفتن اتمها در يك ماده را بررسي كرد.

استفاده از اين ميكروسكوپ گران و وقت گير است چرا كه نمونه بايد در ابتدا به شيوه اي خاص آماده شود لذا تنها در مواردي خاص از ميكروسكوپ انتقال الكتروني استفاده نمايند. از اين ميكروسكوپ جهت تحليل و آناليز ريخت شناسي، ساختار كريستالي( نحوه قرارگيري اتمها در شبكه كريستالي) و تركيب نمونه ها استفاده مي شود.

عملكرد ميكروسكوپ:

با كمك يك منبع نور در بالاي ميكروسكوپ ، الكترون ها گسيل و منتشر مي شوند. الكترون ها از تيوب خلاء ميكروسكوپ عبور مي كنند. در ميكروسكوپ هاي نوري از عدسي هاي شيشه اي براي متمركز كردن نور استفاده مي شود در حالي كه در TEM از عدسي هاي الكترومغناطيسي استفاده مي شود تا الكترون هاي را جمع و متمركز ساخته به صورت يك پرتوي باريك گسيل نمايد. اين پرتوي الكتروني از نمونه عبور داده مي شود. بسته به چگالي مواد، الكترون ها ممكن است از بخش هايي از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمايند و تصوير سايه مانندي از نمونه ايجاد كنند كه ميزان تيرگي بخش هاي مختلف جسم به چگالي مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم كم چگال تر باشد تصوير تيره تر خواهد بود. اين تصوير مي توان مستقيما توسط اوپراتور مطالعه شود و يا با كمك يك دوربين تصوير برداري شود.

[ghasem motamedi]

طيف سنجي ( اسپكتروسكپي ) رادرفورد ( RBS ) يكي از تكنيك هاي قدرتمند براي اندازه گيري عمق پروفيل های عناصر مي باشد . اين مطلب خبر از متعدد بودن و غير مخرب بودن آناليز با يك شفافيت عميق منطقي مي دهد . در RBS معمولي ( مركب از MeV 4 تا 1 از يون هاي عليم با يك صفحه مانع آشكار ساز سليكوني ) و عمق شفافيت و وضوح نمونه در حدود 10 نانومتر و جرم نمونه با وضوحي در حدود u 1 براي عناصر منير ( عدد جرمي 20 M < ) و عناصر سنگين در حدود u 20 ( جرم 200 . ca ) مي باشند . حساسيت ppm100 مي تواند به آساني آناليز عناصر مفيد را در وزن هاي سنگين مشكل كند . در مقاله ي حاضر مفاهيم فيزيكي كه RBS تكيه بر آنها دارد عمدتاً معرفي شده اند . نمونه هاي بسياري مورد اثبات واقع شده اند و داراي چندين تكنيك پيشرفته مي باشند كه براي بهبود توانايي هاي RBS هاي متداول كه در بالا از آن بحث شد توسعه پيدا مي كنند .
1 – مقدمه
آناليز سطح و ناحيه در نزديك به سطح جامدات يك حوزه ي مهم در علم و تكنولوژي مي باشد . RBS يكي از روش هاي قدرتمند در ميان تعدادي از تكنيك هاي آناليز مي باشد . پرتوهاي يوني پر انرژي RBS 1 تا MeV 4 مي باشد و به عنوان ميله استفاده مي شود كه معمولاً يون هاي H يا He مي باشند . يك نمونه تابش به وسيله ي پرتو يوني صورت مي گيرد . تقريباً همه ي يون ها نفوذ عميق در درون نمونه ها تا ca . 103 m دارند تا هنگامي كه آنها انرژي جنبشي خود را از دست بدهند . در طول دوره نفوذ بسياري از يون هاي كلوتيدي به منظور اتم ها به پخش و پراكنده سازي كلميي يون ها مي پردازند ( پراكنده سازي ( تابش ) را در خورد ) بين ذرات ريز و اهداف هسته اي مي توانند از نمونه انتشار برگشتي داشته باشند .
انرژي يون انتشار برگشتي از هدف اتمي بستگي به جرم اتم هدف دارد . اين مطلب خبر از آناليز تركيبي يك ناحيه سطح از چندين ميكرومتر به وسيله اندازه گيري انرژي طيف از يون هاي انتشار برگشتي دارد . شكل يك ماده كم جرم مي باشد . يون هاي پخش شده از هر عنصر از يك راس جدا مي شوند . تعداد اتم هاي هدف در فيلم مي تواند از يك راس گرفته شوند و پهناي راس فيلم ضخيمي را به دست مي دهد . جدول 1 خلاصه اي از ويژگي هاي استاندارد RBS را در بردارد و مي تواند به عنوان يك راهنماي قوي مورد استفاده قرار گيرد .
اولين روشي كه به كار گرفته شد به وسيله ي فيزيكدانان هسته اي آناليز هدف هايشان در سال 1951 بود . كاربرد وسيع براي علم مواد در اواخر 1960 شروع شد .
اصول فيزيكي
اين روش رايج مشخصه‌سازي لایه‌هاي نازك، با استفاده از پرتوهاي يوني سبک و پرانرژي ( چند صد مگا الكترون ولت) انجام مي‌شود. چنين پرتوهايي مي‌توانند هزاران آنگسترم یا حتی چند ميكرون به عمق لایه و يا تركيب لایه/ زیرلایه نفوذ كنند. اين پرتوها باعث کندوپاش جزیی اتم‌های سطح شده و در عوض يونهاي فرودي انرژي خود را از طريق يونيزاسيون و تحريك الكترونهاي اتمهاي هدف از دست مي‌دهند. اين برخوردهاي الكتروني آنقدر زياد است كه مي‌توان گفت افت انرژي حاصله همواره با عمق ماده مناسب است. از تحلیل افت انرژی یون های بازگشتی می توان اطلاعاتی راجع به ضخامت لایه و نوع عناصر به دست آورد.
از قديم پراكندگي حاصل از دافعه كولني بين يونها و هسته را در فيزيك هسته‌اي با نام پراكندگي راترفورد مي‌شناختند. دليل آنكه اين پديده تا اين حد در تحليل لایه‌ها (لايه‌هاي نازك و نانومتری) موفقيت آميز بوده آن است كه پراكندگي الاستيك (كشسان) در جسم به صورت كلاسيك عملي است و همين امر باعث شده تا RBS به صورت يكي از روشهاي تحليلي آسان و قابل فهم درآيد.
تجهيزات مورد استفاده در RBS
در شكل1 شماتیک کلیRBS نشان داده شده است. يونهاي مورد بررسي مثلاً +N4+, He4+،C2 توسط يك شتابدهنده واندوگراف و با ولتاژ بالا شتاب داده مي‌شوند. پس از ورود به محفظه خلاء بصورت موازي درآمده و متمركز مي‌شوند و در نهایت پديده انتخاب جرم يوني صورت می‌پذیرد. يونهاي بازپراكنده هم براساس انرژي خود توسط آشكارساز مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرند. اين آشكارساز قادر است یونهایی تا انرژي‌ 15KeV را از هم تفكيك نمايد. به اين ترتيب و با استفاده از چنين دستگاهي پالسهاي الكتروني تقويت شده و برحسب انرژي توسط يك آناليزور در چند كانال ذخيره مي‌شوند كه در نهايت طيف RBS را نتيجه مي‌دهد. در شکل(2) نیز تصور شتابدهنده یونی و ابزارهايRBS نشان داده شده است.




در طیف RBS سطح زير قله طيفي، نشان‌دهنده تعداد اتمهاي مربوط به عنصر داده شده و در ناحيه يا لايه مورد بررسي است. ارتفاع قله مستقيما ً متناسب با غلظت اتمي است و اطلاعاتي كه به اين ترتيب بدست مي‌آيند از درجه دقت بالايي برخوردار خواهند بود و در نتيجه RBS را مي‌توان راهي براي تعيين ضخامت لایه دانست. در شکل(3) طیف RBS مربوط بهPdCu/Si نشان داده شده است. رنگ آبی مربوط به شبیه‌سازی رایانه‌ای است که با تغییر پارامترهای ورودی برنامه از جمله ضخامت عناصر بازسازی شده است.
در حالت کلی ضخامت با دقت 5% قابل تعيين است برای این منظور معمولاًَ طیف بدست آمده را به کمک نرم‌افزارهای رایانه‌ای بازسازی می کنند و با توجه به نوع عناصر ضخامت هر کدام از مواد قابل تعیین است



مزایا و معایب RBS
اصولا تمامي عناصر و ايزوتوپ‌هاي گروه Li و عناصر بالايي آن در جدول تناوبي را مي‌توان با پرتوهاي يوني+He4 آشكار نمود. آنچه مهم است روشن كردن وضعيت عناصر مجاور است كه آن هم در نهايت بستگي به قدرت تفكيك آشكار ساز دارد. بطوركلي با استفاده از پرتوهاي يوني +He4 که انرژي 2MeV دارند تنها مي‌توان ايزوتوپهايي با1= ΔM آنهم با جرم اتمی تقريباً كمتر از40 جدا نمود. بنابراین RBS در تشخیص عناصری که جرم اتمی نزدیک به هم دارند دچار مشکل است.
از آنجا كه پرتوهاي يوني مگا الكترون ولتي (MeV) را تنها مي‌توان بر نقاطي به قطر يك ميليمتر و نظير آن متمركز كرد RBS سطح زیادی را نمی‌تواند شناسایی کند. معمولاً تفكيك عمقي اين روش در حد20 نانومتر است اما با تغيير آرايش هندسي آشكارسازي آن را مي‌توان باندازه 2 نانومتر کاهش داد. استفاده از RBS بطور ضمني بيانگر مسطح بودن سطح نمونه و ساختارهاي لايه زيرين است وسطوح هموار، قله‌هاي RBS پهن‌تري هم دارند.
حداكثر عمقي كه مي‌توان به بررسي آن پرداخت به مواردي از قبيل نوع پرتو يوني بكار رفته، انرژي آن، ماهيت ماتريس(شبكه) بستگي دارد و براي پرتوهاي +He4 با انرژي 2MeV حداكثر1mµ است. در مقابل پرتوهاي +2MeV He3 تا عمق 5mµ مي‌توانند در ماده نفوذ كنند.
عليرغم تمام محدوديت‌هايي كه بيان شد RBS روشي است كه هر جا ممكن باشد استفاده از آن ترجيح دارد و علت اصلي اين امر هم آن است كه اين یک روش كمي است و به استانداردهاي مربوط به عناصر شيميايي نيازي ندارد ضمن آنكه بطور همزمان اطلاعاتي از ضخامت و عمق لایه به ما مي‌دهد.
کاربردهای RBS
1- ضخامت‌سنجی فیلمها، پوششها و لایه‌های سطحی
2- آشکارسازی آلودگیهای سطحی و فصل مشترکها(مانند اکسیژن و آلودگی های جذب شده)
3- مکانیزم نفوذ بین سطحی لایه‌های نازک ( فلزات، سیلیسیدها و غیره).
4- تعیین ترکیب عناصر مواد مرکب(تعیین فاز، لایه‌‌های آلیاژی، اکسیدها، سرامیکها و غیره).
5- تعیین پروفایل ناخالصی در نیمه‌هادی ها
6- نمایش کنترل فرآیند در ترکیب‌ها و آلودگیها.
7- تعیین دینامیک سطوح در کاتالیستها






RBS

NRA

Typical

probing beam

H, He4

H, He4, 15N, 19F



Beam energies

0.2 – 4 MeV

0.5 – 20 MeV



Beam currents

1 – 100 nA

10 – 1000 nA

Sample structure:

layers

Yes

Yes



Bulk

Yes

Yes

Depth resolution [µm]



> 0.03

> 0.01

Sensitivity [ppm]



> 500

> 100

Element range



> 1

< 30

Z discrimination

High Z

Poor

-



Low Z

Good

Good