220 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 تحضير أغشية رقيقة من صبغة ليزرية ومطعمة بالبوليمر وقياس سمكها غزالن سرحان أحمد الدليمي جامعة بغدادقسم الفيزياء ، كلية التربية ابن الهيثم ، 2012شباط 12قبل البحث في 2011حزيران 21استلم البحث في الخالصة مــع بــولي مثيــل ميثــا DMF)فــي مــذيب الــداي مثيـل فورمامايــد ( C2ُحضـرت أغشــية رقيقــة مــن أذابــة صـبغة الكــومرين مـوالري وأمـا ان تتـرك االغشـية علـى ســطح 1 )×2-10 3-10*5¡1×3-10)وبـنفس المـذيب وبتراكيـز (PMMAأكرياليـت ( للتسـريع مـن عمليـة تكـوين الغشـاء .وقيسـت C○80وبدرجـة حـرارة سـاعات5سـاعة اوتوضـع فـي فـرن حـراري مـدة 24مسـتٍو مـدة Ç لخواص الطيفية لهذه االغشية من خالل قياس طيفي الفلورة واالمتصاص فوجد انه بزيادة سـمك الغشـاء وزيـادة التركيـز تـزداد الشدة النسبية ألطياف الفلورة واالمتصاص لهذه االغشية . كما قيس سمك هذه االغشية بطريقة التداخل لمايكلسن . بغات الليزرية ،البوليمرات: االغشية الرقيقة ،الصالكلمات المفتاحية المقدمة يسـتعمل مصـطلح االغشــية الرقيقـة لوصـف طبقــة واحـدة أو طبقــات عديـدة مـن الــذرات قـد اليتعـدى ســمكها مايكرونـًا واحــدًا ] ونتيجــة للتطـــور العلمـــي فقـــد تطـــورت طرائـــق تحضـــير االغشـــية وأصــبحت علـــى درجـــة عاليـــة مـــن الدقـــة فـــي تحديـــد ســـمك 1[ شاء وتعددت طرائقها وأصبح لكل طريقة خصوصياتها وأمتيازاتها لتؤدي الغرض الذي ُأستعملت من أجله ،وتجانس الغ )باسـتعمال جهـاز مرنـان حلقـي مكـون مـن أغشـية sol.jel] ببناء ليزر صـبغة بطريقـة Avnir et al] ( (2)قام (1984ففي عام رقيقة للصبغة بحالتها الصلبة . ] بدراسـة محاليـل الصـبغات المطعمـة فـي المحاليـل البوليميريـة 3 )وجماعتـه [Alekseevلباحـث (قـام ا1988وفـي عـام بوصـفها تشــكل أوســاطًا فعالـة فــي الليــزرات المنغمـة وذلــك ألمتالكهــا فوائــد عمليـة مثــل ســهولة تحضـيرها وصــغر حجــم الوســط المحضر . المطعـم بصـبغة الليـزر العضـوية PMMAغشـاء بـوليميري ] الخـواص الطيفيـة لHala]4درست الباحثة 2007وفي عام فوجـدت أن اطيـاف الفلــورة واالمتصـاص لألغشـية البوليمريـة تـزاح نحــو االطـوال الموجيـة االطـول (طاقــات C102نـوع كـومرين واطئة) مع زيادة التركيز . ترونيـــة منهـــا بمختلـــف االســـتعماالت أمــا اســـتعماالت هـــذه االغشـــية فكثيـــرة ومتنوعـــة .فـــال يخلــو جهـــاز أومنظومـــة الك والتطبيقـات مــن االغشــية الرقيقـة بأنواعهــا المختلفــة لمعــادن أوألشـباه الموصــالت وحتــى العـوازل .وٕان اســتعمال االغشــية الرقيقــة فيهــا لـــه فوائــد كثيـــرة منهــا تقليـــل التكلفــة وتقليـــل الحجــم والـــوزن وتحســين المواصـــفات والكفايــة وكمـــا الحظنــا مـــن حســاب كفايـــة االغشية إذ تكون أعلى بكثير منها في حالة استعمال المحاليل . كمــا أن واحــدة مــن أهــم هــذه التطبيقــات هــي صــناعة الخاليــا الشمســية المصــنوعة مــن االغشــية الرقيقــة ،وتــدخل فـــي ي المنطقـة الزرقاءـــ ].كمـا تمتـاز ليــزرات الصـبغة المسـتعملة فــ5صـناعة الكواشـف البصــرية ايضـًا ضـمن مــديات طيفيـة محــددة [ under) بأهميتهـا فـي مجـال التطبيقـات العمليـة وال سـيما فـي حقـل االتصـاالت تحـت سـطح المـاء( C2الخضـراء أي صـبغة ( 221 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 water communication) )وكـذلك تسـتعمل فـي فصـل النظـائرLaser Isotopic Separation إذ ُيسـتعمل الليـزر للتهـيج ( ذلك الحث فأن النظيرالمرغوب فيه سوف يعاني تفاعًال االنتقائي ألحد النظائرالمتعددة وب ] .6كيميائيًا بسرعة أكبر[ ولتحضــير غشــاء معـــين فــأن أختيــار الطريقـــة المناســبة لتحضــيره تعتمـــد علــى عوامــل متعـــددة منهــا :نــوع المـــواد المســتعملة فـــي التحضير ،وكلفة التحضير ،ومجال استعمال الغشاء . ا في هذا البحث فحضرت بطريقة التبخير . أما االغشية التي تم تحضيره تحضير النماذج في هذا البحث ُحّضرت االغشية الرقيقة من تداخل مواد متعددة وهي :ـ Coumarinـــ :هـي صــبغة ليزريـة بشــكل مسـحوق صــلب ذي لـون أصــفر باهــت واسـمها العلمــيC2ــ صــبغة الكـومرين ـ 1 450:Dimethyl. 7ethylaminocoumarin ]7[ وتــذوب هــذه الصـبغة فــي الكحــوالت مثــل الميثــانول 217.27gm.mol-1ووزن جزيئــي C13H15NO2وذي صـيغة جزيئيــة وااليثانول وفي االميدات مثل داي مثيل فورمامايد. PMMAـ بوليمر بولي مثيل ميثا أكرياليت2 عديمـة اللــون وتمتـاز بمرونــة عاليـة وصـفة الشــفافية العاليـة مـع معامــل االنكسـار العــالي هـو مـادة بالســتيكية شـفافة ودرجـــة أنصـــهارهCH2C(CH3)COOCH3 يجعلهــا مهمـــة فـــي اســـتعمالها مـــع الصـــبغات العضـــوية والصـــيغة الكيميائيـــة لـــه )(213Cο 4000ووزنه الجزيئيgm mol-1 ).1.2gm.cm-3وكثافته ( امايدـ مذيب الداي مثيل فورم3 ذو الصـيغة DMF ) وُيرمـز لـه مختصـراً NN Dimethyl formamideهـو مـذيب عضـوي اسـمه العلمـي ( ودرجة غليانه73.10gm.mole-1)ووزن جزيئي (C3H7NOالجزيئية ) (153 Cο ) 0.9445وكثافتهgm.cm-3.حيث أستعمل ألذابة الصبغة والبوليمر في آن واحد( غة وبتراكيـــز مختلفـــة وذلــك بإذابـــة كميـــة مناســـبة مـــن مســـحوق الصــبغة فـــي حجـــم معـــين مـــن المـــذيب ُحّضــر محلـــول الصـــب المستعمل وذلك حسب العالقة االتية : W=C*V*M/ 1000 (1) ÐÅW( الغرام) وزن الصبغة الالزم للحصول على التركيز المطلوب بوحدة: C ( مول/لتر) التركيز الموالري الذي يراد تحضيره: V حجم المذيب المستعمل ألذابة الصبغة ويمثل حجم القنينة: Mي للصبغة المستعملة (غم/مول ).:الوزن الجزيئ -0.007- 0.01وبــاالوزان (C2أمــا تحضـــير االغشـــية الرقيقـــة فـــتم مــن إذابـــة أوزان مناســـبة مـــن مســـحوق الصـــبغة المــذاب فـي كميــة محـددة مــن مـذيب الــداي مثيــل PMMA)غم.علـى التــوالي وحسـب المعادلــة المـذكورة أعــاله مـع بــوليمر 0.001 ول واحــد مــن محلــول الصــبغة مــع مــول واحــد مــن محلــول البــوليمر ورَج هــذا المحلــول جيــدا ليتجـــانس فورمامايــد ومــن ثــم أخــذ مــ )وهوعبـارة عــن طبــق زجـاجي صــغير ويوضــع عليـه أنــاء بشــكل مقلــوب petridishفُيصـب علــى طبــق زجـاجي شــفاف يســمى ( فـرن حــراري لتبخيـره وبدرجـة حــرارة ويغطـى بأحكـام.وألن المـذيب المســتعمل اليتبخـر بسـرعة ويحتــاج الـى حـرارة لـذلك يوضــع فـي )o(80cوالفـرن الـذي اسـتعمل هـوVacuum oven مـن نـوعgallen kamp المـاني الصـنع ومـزود بمضـخة تفريـغRotary هــذه المضــخة تعمــل علــى تفريــغ الســائل المتبخــر لتســرع مــن عمليــة تكــوين الغشــاء.وقيس ســمك االغشــية المحضــرة بأســتعمال 222 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 )وبقـدرة cw) الـذي يعمـل بموجـة مسـتمرة (He.Neتعمـل هـذه الطريقـة بأسـتعمال ليزرالهيليـوم نيـون ( طريقـة التـداخل لمايكلسـن ، ،إذ تنبعـــث منـــه حزمـــة أحاديـــة الطـــول المــوجي عنـــد المنطقـــة الحمـــراء مـــن الطيـــف الكهرومغناطيســـي 1mw)ضــوئية مقـــدارها ( ]8سمك االغشية المطلوبة. [) وبتطبيق المعادلة االتية نستطيع قياس 632.8nmبطول موجي مقداره ( )2( T= : äÇ ÐÅ T مايكرومتر).(:سمك الغشاء xD .(مايكرومتر)الفرق بين قمة كل هدبين : X .(مايكرو متر)عرض االهداب: l) الطول الموجي لَليزر المستعمل:He. ( Ne 632.8ويساويnm. وقــد قمنـــا بأخــذ ثـــالث قــراءات مـــن أمــاكن مختلفـــة لكــل أنمـــوذج وأخــذ المعـــدل لهــا للحصـــول علــى أدق قـــراءة وكمــا موضـــح فـــي ).1الجدول رقم ( النتائج والمناقشة فــي مــذيب الــداي مثيــل فورمامايــد الــذي يعمــل بالوقــت نفســه C2لقـد ُحّضــرت أغشــية رقيقــة مــن إذابــة الصــبغة الليزريــة منـا باختبـار أكثـر مـن مـذيب مثـل الميثـانول وااليثـانول والمـاء فلـم نجـد مـذيبًا يعمـل ،إذ ق PMMAعلى إذابة البـوليمر المسـتعمل علـى اذابـة الصــبغة والبـوليمر فـي آن واحــد وبعـد تجــارب عديـدة توصـلنا الــى مـذيب الــداي مثيـل فورمامايـد .وفضــًال عـن أن هــذا -Blueبـــه الصــبغة التـــي تعمــل فـــي المنطقـــة(المــذيب يعمـــل علــى أذابـــة المــادتين فأنـــه اليعمــل فـــي المـــدى الطيفــي الـــذي تعمــل green í Ç (400- 500)nm والشــيء نفســه ينطبــق علـــى البــوليمر فأنــه اليعمــل بهـــذه المنطقــة ويكــون اســتعماله لجعـــل. ( الغشاء أكثر تماسكًا وبذلك تمكنا من قياس الخواص الطيفية للصبغة الليزرية فقط . صـبغات البوليمريـة بوصـفها أوسـاطًا فعالـة لليـزرات ُيعـد أكثـر أهميـة مـن المحاليـل أظهرت النتائج أن أستعمال أغشية ال السـائلة ،فعنـد دمــج الصـبغة فــي قالـب بـوليمري يتوقــف انتشـار الجزيئــات الـى الســطح ممـا يقلـل االنحــالل وهـذا يــؤدي الـى زيــادة ن تجمـع جـزيئتين مـن جزيئـات الصـبغة وهـذا غالبـًا االستقرارية الضوئية وذلك لعدم تشكيل الـدايمرات التـي تُعـرف بأنهـا (عبـارة عـ ) ويكـون مسـتقرًا فـي الحالـة االرضـية ومتفككـًا فـي الحالـة المتهيجـة ويتكـون monomerمايكون أقل تفلور من جزيئات المونمير( وكما في المعادلة االتية:]9[الدايمرعند التراكيز العالية D (3) æƨ M+M ÐÅM جزيئة الصبغة: D الدايمر: لذلك يمكن استعمال العناصر البوليمريـة بتراكيزعاليـة للصـبغات (وهـذا فـرق جيـد عـن المحاليل)وُيسـتفاد منهـا لتقليـل االمتصـاص بــوليمري يقلــل مــن الــذاتي ايضــًا كمــا يمكــن االحتفــاظ بالغشــاء مــدة طويلــة مــن دون تلــف وذلــك ألن تحضــير الصــبغات بشــكل ] .كما لوحظ أنه بزيادة التركيزيزداد سمك الغشاء المَحضر الذي يجعله أكثر فائدة واستعماًال.3عملية اختزال الصبغات [ كما قيست الخواص الطيفية لهذه أالغشية من خالل قياس طيفي الفلورة واالمتصاص باستعمال جهـاز مقيـاس الطيـف مـن نـوع Shimadzo recording Spectro Fluorophotometer Model RF 510[10] [10] لقيـاس طيـف الفلـورة وجهـازCARY100 Conc un visible spectrophotometer المجهـز مـن اليابانيـة لقيـاس طيـف االمتصـاص مـع زيـادة سـمك االغشـية ،فوجـد أنـه بزيـادة سـمك الغشـاء وزيـادة التركيـز Varian) شـركة ( 223 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 )وكـذلك يكــون مقــدار 3,4,5يــاف االمتصـاص والفلــورة لهــذه االغشـية وكمــا مبـين فــي االشــكال (أيضـا تــزداد الشـدة النســبية ألط التـداخل بـين طيفـي الفلـورة واالمتصـاص فـي حالـة الغشـاء اقـل ممـا هـو عليـه فـي حالـة المحاليـل وهـذه هـي الفائـدة االساسـية مــن مليات االمتصاص الذاتي . استعمال االغشية الرقيقة بدال من المحاليل مما يقلل احتمالية حدوث ع بانهــا النسـبة بــين عــدد Quantum Efficiency الكفايــة الكميــةكـذلك حســبت الكفايـة الكميــة لألغشــية المحضـرة (وتُعــرف الفوتونات المنبعثة من نظام جزيئي عن طريـق الفلـورة الـى عـددفوتونات التهـيج عـن طريـق االمتصـاص)وخالل اسـتعمال برنـامج C2] وباستعمال العالقة االتية وجد أن كفاية الكمية ألغشـية البـوليمر المَطعمـة بصـبغة الكـومرينMATLAB6.5 ]11حسابي .[12]تزداد بزيادة التركيز وذلك للقطبية العالية لمذيب الداي مثيل فورمامايد DMFفي مذيب =qfmنســـــــــــبي المســــــــــاحة تحــــــــــت منحنـــــــــــي طيــــــــــف االمتصــــــــــاص ال /المســــــــــاحة تحــــــــــت منحنـــــــــــي طيــــــــــف الفلــــــــــورة النســـــــــــبي المصادر ) "دراســـة الخــــواص البصــــرية وبعـــض الخــــواص الكهربائيــــة ألغشـــية أوكســــيد الكــــادميوم المَشــــوب (2003زيـــاد طــــارق خضــــير، .1 رسالة ماجستير ـ كلية التربية ـ الجامعة المستنصرية .’بأوكسيد الفضة والمحضرة بطريقة الترسيب الكيميائي الحراري" 2. Fukuda .M and Milto. K.(2000),"Solid State Dye laser with photo induced distributed feed back ,J.APPl.phys.39, 5859-5863. 3. Alekseev. N.N, Gorelen,A.Y, KO.Kalasho,I.I and serona, V.H. (1988),J.APPl.spectry, 49, 1232. C102المطَعم بصبغة الليزر العضوية نوع PMMAغشاء بوليميري "دراسة الخواص الطيفية ل(2007). حال فدعم سعد اهللا،4 "،رسالة ماجستير ،علوم فيزياء ـالجامعة المستنصرية . 5. http://www.hazem sakeek.com/physics Lectures /Laser /Laser lectures. 6. principles of lasers,Orazio.svelto,(1988),second Edition,Plenum Press,Newyork and London. 7 .Laser Dyes,Mitsuo.Maeda,(1984),Academic press,Inc,Newyork. "تأثير اللي على أنتشار حزمة النبضات في االلياف البصريه "،رسالة 2008). زينب ارحيم حسين جاسم االسدي (8 ماجستير ،كلية العلوم ،الجامعة المستنصرية . 9.Birks.J.B,(1970),”Photophysics of Aromatic molecules;Wiley-Interscence, London. 10. manual of the shimadzu recording spectro fluorphotometer mode RF 570 shemadzu Corporation(1980) Jyoto Japan. ) دراسة تأثير تركيز المذيبات القطبية على بعض الخواص2008هادي والي صاحب ،( .11 ية لليزر عامل النوعية السلبي رسالة ماجستير ،كلية العلوم الجامعة المستنصرية.الطيف العضوية بصبغات الليزر ) "قياس الخواص الطيفية لغشاء بوليمري مطعم2002.عدنان خالد حسن القيسي ،(12 .ماجستير ،الكلية الهندسية العسكرية "،رسالة 224 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 يقة للصبغات الليزريةيبين قيم سمك االغشية الرق :)1جدول ( . DMF مذيب في C2 صبغة ألغشية الفلورة كمية كفاية قيم يبين :)2( جدول Quantum efficuncy% التركيز Concentration(Molary) 87.22 % 80.53% 70.36% *10-21 5*10-3 1*10-3 التركيز Thickness(µm) لسمك Concentration(Molary 0.902 0.873 6990. *10-21 5*10-3 1*10-3 225 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 وبشكل مبسط MATLAB6.5يوضح المخطط االنسيابي لبرنامج :)3جدول ( البداية االطياف قيم ادخال الحدود كثيرة درجة تحديد n رتب من رتبة لكل الحدود كثيرات حساب خطأ اقل فيها äæتك التي الحدود كثيرة تحديد للدالة التكامل حساب الناتجة المساحة النهاية 226 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 يوضح طريقة التداخل لمايكلسن لقياس سمك أالغشية:)1شكل ( يوضح شكل االهداب في حالة استعمال الضوء العادي والليزر:)2شكل( 227 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 موالري(3-10*1)الترتيب لغشاء بتركيز يبين طيفي االمتصاص والفلورة على :)3شكل( )موالري3-10*5يبين طيفي االمتصاص والفلورة لغشاء بتركيز (:)4شكل ( )موالري2-10*1يبين طيفي االمتصاص والفلورة لغشاء بتركيز ( :)5شكل( 228 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 2 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied S cience No. 2 Vol. 25 Year 2012 Preparing the Thin Films from Laser Dye Dopped with Polymer and Measuring Thickness G. S. A.Al-Dulaimi Department of Physics,College of Education Ibn-Al-Haithem, University of Baghdad Received in: 21 June 2011, Accepted in: 12 February 2012 Abstract Thin films were prepared from melting coumrin C 2 dye in solvent DMF with PMMA with the same solvent and concentrations(1*10-2 5*10-3, 1*10-3 )M ,Films were either left on Flat surface for24hours or dried in avacuum oven for five hours at a temperature of 80c.The relative intensity of both the absorption and fluorescece spectrum are found to be increased with the increase of thickness of these films and concentration .Also the thickness of these films was measured by Mickelsons interfearing method.Also quantum efficiency of these films were measured too. Key Words: Polemers,Laser Dye,Thin films.