از جمله زمینه‌های بالقوۀ دیگر در کاربرد پلیمر‌های پرتودهی شده با لیزر، تصفیه مایعات یا گرد و غبار است. در داخل ساختمان‌های ظریف سطوح پلی‌استری پرتودهی شده (در اندازۀ میکرومتری)، ذرات می‌توانند بدون آنکه نیاز به یک افزایش ناخواستۀ فشار مورد نیاز برای پروسه‌های تصفیه باشد، نگاه داشته شوند. در اثر پرتودهی بهبود آشکاری در عملیات تصفیه با بی‌بافت‌های پلی‌استری بدست می‌آید. پرتودهی بی‌بافت‌هایی با یک ساختمان باز (خیلی سبک و با محدودۀ وزنی ۱۳ گرم بر سانتیمتر مربع)، ساختمان سطحی را تغییر داده و بهبود آشکاری را در مقابل کوچک‌ترین اجزای معلق، در اثر تصفیه کردن ایجاد می‌کند [۱۰].
۱-۴-۴-۸ تقلیل وزن کامپوزیت توسط فرسایش شبکه‌ای دقیق و ظریف
در شکل ۱-۵ نمونه‌هایی نشان داده شده، که در آنجا فرسایش شبکه‌ای کامپوزیت پلی‌اتراترکتون، در حالی صورت گرفته که الیاف تقویت کننده از آسیب دیدن رهایی یافته‌اند، که این امر برای تعمیر و بهبود کامپوزیت‌ها بسیار اهمیت دارد [۱۰].
شکل ۱-۵٫ تصویر کامپوزیت پلی‌اتراترکتون پرتودهی شده با لیزر، در طول موج پرتودهی ۳۰۸ نانومتر و شدت انرژی ۱ ژول بر سانتیمتر مربع [۱۰].
۱-۴-۴-۹ خواص رنگبری سطحی، لایه برداری و تمیزکاری سطوح
در صنعت ایجاد ظاهر کهنه در کالاهای جین، سنگ‌شور کردن و رنگبری آن به کمک لیزر نئودمیوم یاگ[۹۰] صورت می‌گیرد [۵]. از پرتودهی سطحی لیزر اکسایمر می‌توان به عنوان یک روش پاک کنندۀ سطحی نیز بهره برد. توسط طیف‌سنج فوتوالکترونی پرتو ایکس در نمونۀ پلی‌آمیدی نایلون ۶۶ می‌توان اثر پاک‌کنندگی پرتودهی لیزر را بر روی سطوح پلیمری مشاهده کرد. همان‌طور که توسط داده‌های طیف‌سنج مادون قرمز تبدیل فوریه[۹۱] به اثبات رسیده است، با بهره گرفتن از شدت‌هایی که فرسایش ندارند، حتی بر روی پلی‌استر هم می‌توان به یک اثر پاک‌کنندگی رسید [۲۶].
۱-۴-۴-۱۰ افزایش هدایت الکتریکی و ترشدگی
اسلپیکا و همکارانش [۴۴] در یک تحقیق، سطح برخی پلیمرها را توسط پرتودهی لیزر تحت عملکرد قرار داده و مشاهده کردند که ترکیبات و ساختمان‌های سطحی پلیمر، به طور عمیقی تغییر کرده است. تغییرات معنادار در مرفولوژی و زبری سطح، منجر به افزایش ترشدگی، هدایت الکتریکی و زیست سازگاری پلیمر می‌شد. پلیمر‌های عمل شده با ساختمان‌های منظم و متناوب ایجاد شده توسط پرتودهی لیزر، با پارامتر‌های قابل کنترل می‌توانستند در تکنولوژى اُبتیک-الکترونیک[۹۲]، میکروالکترونیک و بیوپزشکی مورد استفاده قرار بگیرند.
۱-۴-۴-۱۱ قابلیت زیست سازگاری انتخابی
مطالعات اخیر نشان می‌دهند که سلول‌های زیستی نسبت به خواص شیمیایی و فیزیکی حساسند و ساختمان‌های سطح پلیمر و گروه‌های عاملی آن در چسبندگی، رشد و جهت گیری سلول‌های زیستی بسیار تأثیرگذار بوده و می‌توانند باعث تغییر زیست سازگاری پلیمرها شوند. محدود بودن ساختار‌های حاصل از پرتودهی لیزر، به یک لایۀ میکرونی نازک در سطح، همچنین منظم بودن و یکنواختی شکل هندسی آن‌ها در کل نواحی تابش دیده از ویژگی‌های این روش بشمار می‌رود، که بر اهمیت آن به عنوان وسیله‌ای برای اصلاح خواص سطحی پلیمر‌های زیست سازگار می‌افزاید [۲۸،۵۰].
الیسون ساجس در پایان‌نامۀ خود [۴۹]، عملکرد لیزر کریپتون فلوئورید بر روی سطح فیلم سه پلیمر پلی‌متیل‌متا‌اکریلات[۹۳]، پلی‌اتیلن‌ترفتالات ترکیب شده با گلایکول[۹۴] و پلی‌تترا‌فلوئورو‌اتیلن[۹۵] را برای افزایش چسبندگی اشرشیاکولای[۹۶] (نوعی باکتری که در معده و روده زندگی می‌کند) تحت بررسی قرار داد. با ایجاد فرسایش سطحی توسط لیزر، در فیلم پلی‌اتیلن‌ترفتالات ترکیب شده با گلایکول، چسبندگی باکتری‌ها به میزان دو برابر بهبود پیدا می‌کرد، ولی در دو پلیمر دیگر کاهش چسبندگی مشاهده می‌شد.
میرزاده و همکارانش [۱۱] در تحقیقی دیگر، مطالعۀ رفتار سلول‌های فیبروپلاست بر روی سیلیکون الاستومر پیوند شده با پلی‌اکریلیک اسید، توسط لیزر پالسی دیاکسیدکربن در طول موج ۵۸/۹ میکرومتر را، برای کاربردهای مهندسی بافت بررسی کردند. بعد از عملیات ایجاد پیوند، کشت سلولی بر روی فیلم‌ها انجام پذیرفته که در نهایت نشان داده شده پلی‌اکریلیک اسید پیوندی بر روی سطح در مقایسه با سیلیکون خام نقش منفی در چسبندگی، گستردگی، رشد و تکثیر سلولی داشت؛ بنابراین سطوح تغییر داده شده می‌توانند، بر شکل و عملکرد سلولی تأثیر گذار باشند و می‌توان از آن‌ها در کاربردهای مهندسی بافت، به خصوص در زمانی که چسبندگی کمتر به بافت زنده، ضروری باشد بهره گرفت. این موضوع به ویژه زمانی که مولکول‌های بیولوژیکی بر سطح تثبیت شده باشند و لازم باشد تا پس از مدت زمان معینی از کاشتن، این سطح از محل خود، بدون آسیب رساندن به بافت زیرین برداشته شود، کاربرد فراوانی دارد [۱۱].
میرزاده و همکارانش [۲۹] چسبندگی باکتری اشرشیاکولای[۹۷]، به سطح پلی‌اتیلن‌ترفتالات پرتودهی شده با لیزرهای دیاکسیدکربن و کریپتون‌فلوئورید را مورد بررسی قرار دادند. پرتودهی توسط لیزرهای کریپتون فلوئورید و دیاکسیدکربن یک ریزساختار خاصی، همراه با تغییراتی در آبدوستی و شیمی سطح پلیمر پلی‌اتیلن‌ترفتالات ایجاد می‌کند، که این تغییرات در چسبندگی باکتری اشرشیاکولای، پلاکت‌ها و فیبروبلاست‌ها به سطح پلی‌اتیلن‌ترفتالات پرتودهی شده با لیزر تأثیر می‌گذارد. نتایج بدست آمده از آزمایشات کشت سلولی و مشاهدات میکروسکوپی نشان می‌دهد که چسبندگی این باکتری به سطح نمونۀ پرتودهی شده با لیزر دیاکسیدکربن بیشتر است. بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده، می‌توان ادعا نمود که چسبندگی باکتری اشرشیاکولای به سطح پلیمر به مورفولوژی، شیمی و آبدوستی سطح بستگی دارد. با توجه به افزایش چسبندگی باکتری، روی سطوح تابش‌دیده با لیزر، پیش‌بینی می‌شود که از این پارامتر بتوان در طراحی و ساخت بیوسنسورها، برای آنالیز و ثبت میزان حضور باکتری‌ها و همچنین سم‌های بیو‌شیمیایی در محیط‌های آبی استفاده کرد.
میرزاده و باقری [۴۲،۴۳] افزایش زیست سازگاری سطح پلی‌استایرن، توسط پرتودهی لیزر اکسایمر آرگون فلوئورید را نسبت به عملکرد پلاسمای اکسیژن و آرگون بررسی کردند. همچنین بررسی تغییرات آبدوستی و انرژی آزاد سطحی نمونه‌ها در این بررسی، نشان می‌داد که پس از اصلاح نمونه‌ها توسط لیزر با دفعات پالس‌دهی ۱ بار، ابتدا قطبیت سطح افزایش و پس از آن با افزایش تعداد دفعات پالس‌دهی به ۵ و ۱۰ کاهش می‌یافت. نتایج حاصل از کشت سلولی، نشانگر افزایش زیست سازگاری پلی‌استایرن، به ترتیب در نمونه‌های عمل شده با پلاسمای اکسیژن، پلاسمای آرگون و نمونه‌های اصلاح شده با لیزر بود.
در این پژوهش ایدۀ استفاده از ترکیب دو فرایند پرتودهی لیزر و تکمیل منسوجات توسط نانوذرات دنبال شده است. در این مطالعه ابتدا شرایط مطلوب پرتودهی لیزر از طریق بهینه‌سازی تعداد پالس و شدت لیزر تعیین شده است و در ادامه نمونه‌های پیش تکمیل شده توسط نانوذرات و نمونه‌های فاقد نانوذرات در شرایط مطلوب حاصل شده، پرتودهی شدند و جهت مقایسۀ تأثیر ترتیب استفاده از دو فرایند پرتودهی لیزر و تکمیل نانو، تعدادی از نمونه‌های پرتودهی شده با لیزر مجدداً تحت تأثیر عملیات تکمیل با نانوذرات قرار گرفتند. همچنین در هر دو حالت، فرایند تکمیلی به دو روش پوشش‌دهی با دستگاه پد و رمق‌کشی تحت تأثیر امواج فراصوت دستگاه اُلتراسونیک با همدیگر مقایسه شده‌اند.
جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
نتیجه‌گیری
نتایج حاصل از ایجاد نانوزبری از طریق تأثیر فرسایش سطحی توسط لیزر و تکمیل نانو روی خواص مختلف نمونه‌های آماده شده به شرح زیر خلاصه شده است.
پرتودهی لیزر با شرایط تعداد پالس‌دهی ۲۰ و شدت انرژی ۱۰۰ میلی‌ژول بر سانتیمتر مربع بر روی نمونه‌ها، منجر به ایجاد ساختمان‌هایی در ابعاد میکرومتری و نانومتری شده است. همچنین می‌توان نتیجه گرفت که با افزایش میزان پالس‌دهی و شدت لیزر از یک حد مجاز، الیاف دچار آسیب شده و به وضوح علائم ذوب‌شدگی و آسیب‌دیدگی در الیاف را می‌توان توسط تصاویر میکروسکوپی مشاهده نمود.
با مقایسۀ تصاویر میکروسکوپ الکترون پویشی می‌توان دریافت که معمولاً مشخصۀ ساختمان سطحی پرتودهی شده توسط لیزر بر روی مواد لیف‌شکل، داشتن هندسۀ منظم در نواحی پرتودهی شده است. همان‌گونه که مشاهده شد، تقریباً بیشتر آرایش‌های ایجاد شده بر روی نمونه‌ها، به صورت مارپیچ‌شکل و در جهت عمود بر محور لیف به وجود می‌آیند.
با تغییر شرایط پرتودهی شامل پالس و انرژی بر روی نمونه‌های پیش تکمیل شده و سپس پرتودهی شده و همچنین تکمیل شده پس از پرتودهی و فاقد تکمیل نانو، شرایط بهینۀ پرتودهی با لحاظ کردن انرژی و پالس‌دهی تنظیم شد.
مطالعات میکروسکوپی ایجاد نانوزبری چند اندازه‌ای حاصل از عملکرد فرسایشی لیزر همراه با تکمیل نانو را نشان می‌دهد. ساختمان‌های منحصر به فرد، زبری سطح را در ابعاد میکرومتری و نانومتری افزایش داده و باعث افزایش نسبت سطح به حجم نمونه و نیز ایجاد تخلخل در لایۀ سطحی شده، که به مقدار زیادی منجر به ایجاد حفره و مشارکت هوا در ساختار سطح و نیز افزایش سطح تماس پلیمر-هوا و در مقابل کاهش سطح تماس تودۀ پلیمر-آب شده، که در نهایت باعث کاهش بیشتر کشش سطحی و پیرو آن افزایش آبگریزی شده است.
حضور نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم در نمونه‌های پیش تکمیل شده، سبب تشدید اثر لیزر و گسترش آن به سطح جانبی الیاف به عنوان دیوارۀ فضای مویینۀ بین الیاف شده و ایجاد جداره با سطح متخلخل نانو را فراهم آورده است.
با توجه به نتایج بدست آمده از مقایسۀ زمان جذب قطرۀ آب، زاویۀ تماس و زاویۀ سُرخوردگی بهترین نمونه از نظر خواص آبگریزی، به ترتیب از نمونه‌های TPLS، LTPS و TULS حاصل شد، به طوری که تأثیر ترتیب پوشش‌دهی و اثربخشی عملکرد توأم تکمیل نانو و پرتودهی لیزر را نشان می‌دهند که با ایجاد نانوزبری چند اندازه‌ای و تشکیل حفرات ریز هوایی بیشتر دست‌یابی به نمونه‌های ابرآبگریز ممکن شده است.
امکان سُرخوردگی قطرۀ آب بر روی نمونه‌های C، L و CS وجود نداشته و در سطح این نمونه‌ها قطره به پارچه چسبیده، در حالی که قطرۀ آب بر روی نمونه‌های LS به راحتی سُر خورده و امکان ثبت زاویه سُرخوردگی در این نمونه‌ها را به وجود آورده است.
نمونه‌های دارای دیاکسیدتیتانیوم که فاقد پوشش‌دهی رزین سیلیکونی بودند فوق‌العاده آبدوست بوده و قطرۀ آب را به طور کامل در بازه زمانی ۲ تا ۳ ثانیه جذب می‌کردند، بنابراین اگر هدف تولید کالایی با قابلیت آبدوستی بالا باشد، این نمونه‌ها بهترین انتخاب هستند.
عملیات پرتودهی توسط لیزر بر روی پلی استر، سایت‌های مناسبی برای رنگ‌های بازیک ایجاد کرده و میزان رمق‌کشی را به طور نسبی بهبود بخشیده و حضور نانوذرات نیز این عملکرد را تقویت کرده است.
انجام عملیات رنگبری توسط نمونه‌های نایلونی تقریباً به طور کامل (۹۹ درصد در زمان ۵/۳ ساعت) و توسط نمونه‌های پلی‌استری با راندمان کمتر (۸۲ درصد در ۴ ساعت) موفقیت آمیز بوده است.
پرتودهی با لیزر سبب تغییر رنگ نمونه‌ها (زرد و قهوه‌ای رنگ برای نمونه‌های پلی‌استری و خاکستری رنگ برای نمونه‌های نایلونی) شده است و مقادیر کمی این تغییرات توسط طیف‌سنجی انعکاسی ثبت و گزارش شده است.
پیشنهادات
انجام پرتودهی بر روی پارچه‌های متفاوت تک جزئی و چند جزئی، همراه با اعمال روش به کار رفته در این تحقیق
بررسی تأثیر تغییر درصد نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم استفاده شده
بررسی استفاده از نانوذرات متفاوت
بررسی استفاده از نسبت مخلوط نانوذرات متفاوت
ایجاد زبری ریز تر توسط لیزر و بررسی اثرات آن
بررسی عملیات پرتودهی بر روی لایه‌ها و کامپوزیت‌های الکتروریسی شده
بررسی تأثیر لیزرهای متفاوت با طول موج‌های متفاوت به همراه پوشش‌دهی نانومواد بر روی خواص منسوجات
تجزیه و تحلیل تصاویر میکروسکوپی از طریق پردازش تصویر و استخراج پارامترهایی نظیر تعداد، تراکم و اندازۀ قله‌ها، دره‌ها و زبری‌ها در واحد سطح و بررسی حالات نظم و آرایش آن‌ها
مطالعۀ قابلیت هدایت الکتریکی، قابلیت چاپ نمونه‌ها
بررسی قابلیت ایجاد پیوند عرضی و ترکیب مونومرها بر روی سطح در روش کوپلیمریزاسیون پیوندی توسط پرتودهی لیزر و در حضور نانومواد
مطالعۀ تغییرات تبلور نمونه‌های پرتودهی شده با لیزر، توسط دستگاه DSC
بررسی ثبات سایشی و شستشویی نمونه‌ها
بررسی استحکام و خواص مکانیکی نمونه‌های پرتودهی شده با لیزر
مطالعۀ دقیق تغییرات عوامل شیمیایی ایجاد شده بر سطح
فرم در حال بارگذاری ...
