مشاهده همزمان سطح و عمق فیلم های پلیمری با اشعه x

[parichehr]

دو دانشمند در اروپا به تکنیکی دست یافته‌اند که می‌تواند برای تهیه تصاویری در مقیاس نانو، به طور همزمان از سطح و عمق مخلوط‌های پلیمری، مورد استفاده قرار گیرد. این تکنیک در بهبود پلاستیک‌های مورد استفاده در صنعت الکترونیک، می‌تواند موثر باشد.
سلول‌های خورشیدی پلاستیکی ارزان، نمایشگرهای روشن تر، و طول عمر بیشتر باتری‌های موبایل، از جمله نتایج قابل پیش بینی کاربرد این تکنیک جدید هستند، چراکه تولیدکنندگان به کمک این روش جدید می‌توانند بهتر مواد مورد استفاده شان را مطالعه کنند.
کریس مک نیل و بن واتس دو محقق هستند که به این موفقیت دست یافته‌اند. آنها اشعه سینکروترون را به مخلوط پلیمری تاباندند تا تصاویری پیچیده به کمک اشعه‌ی x با طول موج‌های مختلف از عمق مخلوط‌های پلیمری تهیه کنند، و به طور همزمان الکترون‌های تشکیل شده در اثر برهم کنش اشعه‌ی x با سطح نمونه را جمع آوری می‌کنند. تصویر دوم را می‌توان به طور مستقیم با تصویر اول مقایسه نمود و به تفاوت اجزای سطح نمونه و عمق آن پی برد.
بخش تصویربرداری سطحی به این دلیل کار می‌کند که همه‌ی فوتوالکترون‌های تشکیل شده در درون توده‌ی ماده، قبل از آنکه به سطح برسند، جذب ماده می‌شوند و به همین دلیل تنها آنهایی که در سطح تولید می‌شوند، آزاد هستند تا ماده را ترک کنند و سیگنالی را تشکیل دهند که کوچک، اما قابل اندازه گیری است.
طبق گفته‌ی واتس، طول موج اشعه‌ی x که به نمونه تابیده می‌شود، برای اتم‌های کربن تنظیم شده‌اند و سبب می‌شوند پلیمرهایی که اغلب کربن هستند، به گونه‌ای دچار رزونانس شوند که نور را در طول موج‌های خاصی، بیش از حد انتظار جذب کنند. همچنین این تشدید بین نور و اتم، نسبت به نحوه اتصال اتم‌ها به یکدیگر بسیار حساس است. در نتیجه موادی که از بسیاری جنبه‌ها ساختار مشابهی دارند، به صورت متفاوت دیده می‌شوند.
به گفته‌ی مک نیل: “در دانشگاه کمبریج ما علاقه‌مند به پلیمرهای نیمه هادی هستیم که در سلول‌های خورشیدی و ترانزیستور و دیود‌های ساطع نور(led) کاربرد دارند. مشابه سایر بخش‌های علم پلیمر، آلیاژ نمودن دو پلیمر نیمه هادی گاهی اوقات منجر به خواص و ویژگی هایی می‌شود که به کمک یک پلیمر نیمه هادی منفرد نمی‌توان به آنها دست یافت. بازده سلول‌های خورشیدی پلیمری و led عمدتاً به کمک آلیاژ نمودن دو پلیمر به شدت بهبود می‌یابد و ما بخصوص علاقه مند هستیم که بدانیم چگونه ریزساختار فیلم‌های پلیمری بر عملکرد دستگاه تاثیر می‌گذارد. از آنجا که سطح فیلم است که آن را به الکترودها متصل می‌کند، توانایی اینکه علاوه بر ساختار توده، سطح را به خوبی عمق تصویر کنیم، بسیار حائز اهمیت است.”
هر دو دانشمند قبل از آنکه از هم جدا شوند، در یک گروه در استرالیا مطالعه نموده‌اند. در حال حاضر مک نیل به مطالعه نیمه هادی‌های آلی می‌پردازد و واتس در زمینه تعیین خصوصیت‌های مواد مبتنی بر تابش سینکروترون فعالیت می‌کند.
مک نیل می‌افزاید: همه‌ی اجزای لازم برای انجام چنین آزمایشی همواره موجود بوده است و تنها به تشخیص فرصت و مونتاژ اجزا نیاز داشته ایم.
این محققین معتقدند که این روش نه تنها در مطالعه پلیمرهای نیمه هادی، بلکه در مورد فیلم‌های نازک انواع آلیاژهای پلیمری سودمند است. همچنین ممکن است این روش در مخلوط‌ها و مواد آلی غیر پلیمری، که شناسایی خواص عمق و سطح آنها حائز اهمیت است، کاربرد هایی داشته باشند.
گام بعدی، شامل گسترش آنالیز ساختار سطح به یک آنالیز کمی کامل می‌باشد. بنا به گفته‌ی مک نیل، این امر نیاز به تصویر برداری با اشعه‌ی x در انرژی‌های مختلف است. اما زمان زیادی که لازم است نمونه در معرض پرتو قرار گیرد، ممکن است سبب خرابی سطح شود.