بررسی نیروهای وارد بر شکل گیری و رشد نانو ذرات در پلاسما

عملیات انباشته سازی و رشد ذرات غبار، از تولید ذرات ریز گرفته تا دانه های غبار بزرگ، موضوع تحقیقات بسیاری بوده است و در بسیاری از رشته ها نظیر علوم مربوط به تشکیل سیارک ها و صنایع فرآوری پلاسمای صنعتی کاربرد دارد. در طی دو دهه گذشته تحقیقات زیادی بر روی فرآیندهای انباشته سازی ذرات غبار صورت پذیرفته است. در این پایان نامه سعی شده است که مطالعه ای نظری روی شیوه ی شکل گیری و رفتار ذرات در مقیاس نانو در پلاسماهای فشار پایین صورت گیرد. چنانچه ذرات ریز (در ابعاد نانو تا میکرون) به درون محفظه پلاسما تزریق شوند، می توانند باردار شوند. به این نوع پلاسما، پلاسمای غبارآلود گویند. البته لازم به ذکر است که بار این ذرات به شرایط محیط پلاسما بستگی دارد. در پلاسما ذرات غبار تحت تأثیر نیروهای مختلفی از جمله نیروی الکتروستاتیکی، نیروی کشش یونی، نیروی کشش خنثی، نیروی ترموفروسیس و نیروی گرانش قرار می گیرند و حرکت آنها را در پلاسما کنترل می کنند. هم چنین نیروهای برهمکنشی بین ذرات غبار، شامل نیروی دبای-هوکل، نیروی دوقطبی-دوقطبی، نیروی سایه ای یون و نیروی سایه ای خنثی است. تاثیر این نیروها بر روی ذرات غبار می تواند مثبت یا منفی (دافعه یا جاذبه) باشد. در این تحقیق با محاسبه ی نیروهای اعمال شده بر روی نانو ذرات در داخل محیط پلاسما و مقایسه ی هر کدام از این نیروها با یکدیگر می کوشیم که مراحل رشد دانه های غبار که شامل مرحله رشد اولیه، مرحله انعقاد و مرحله اشباع است را مورد بررسی قرار دهیم. در نخستین مرحله ذرات غبار به شکل یکنواخت رشد می کنند و تقریباً شکل کروی دارند. در مرحله انعقاد، روند رشد دانه های غبار سرعت می گیرد و از این رو می توانند دارای توپولوژی سطحی و اشکال متفاوتی باشند. در واقع در این مرحله ذرات همدیگر را جذب کرده و یک ساختار زنجیره ای طویل دانه ای را در راستای عمودی تشکیل می دهند که این ساختار غالباً با خطوط میدان الکتریکی و مغناطیسی خارجی موازی هستند. در مرحله اشباع دانه های غبار به واسطه رسوب دهی مواد فاز گازی، با سرعت کمتری به رشد خود ادامه می دهند. در این مرحله شکل دانه های غبار می تواند بر سرعت انباشته سازی تأثیرگذار باشد، بطوریکه دانه های غبار غیرکروی که نسبت ابعادی کمی دارند می توانند با سرعت بیشتری انباشته شوند و فرآورده های بزرگتری را تولید نمایند. نتیجه ی مطالعاتی از این دست در رشد و توسعه ی فناوری هایی از جمله ساخت ریزتراشه ها، تولید سلول های خورشیدی و ساخت انواع پلیمرها کاربرد دارد.