ساختمان فیزیکی الیاف

ساختمان فیزیکی الیافدکتر مصطفی یوسفی

دانشکده مهندسی نساجی – دانشگاه صنعتی اصفهان

ساختمان فیزیکی الیاف - دکتر مصطفی یوسفی

2

ساختار مولکولی مواد همگن و غیر همگن


3

اثر متقابل نور و ماده

نور یک موج الکترومغناطیس است.در امواج الکترومغناطیس دو میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر جهت انتشار موج وجود دارند.

جهت میدان الکتریکی جهت ارتعاش هم نامیده می شود.در نور معمولی جهت ارتعاش در همه صفحات عمود بر جهت انتشار می باشد.

انتشار جهت

مغناطیسی میدان Hجهت

الکتریکی میدان جهت ) Eجهتارتعاش(


4

خواص امواج الکترومغناطیس

Amplitude دامنه•Wavelengthطول موج•Frequency فرکانس•Phase فاز• پالریزاسیون•

Polarization

hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

)sin(0 tkzEE


5

اثر متقابل نوCر و مادهنظریه ذره ای:•

Absorptionجذب Emissionانتشار

Scatteringپخش

نظریه موجی:•Refraction شکستReflectionانعکاس

Absorptionجذب Diffraction (Change of Phase andپراش

Polarization)


6

تاثيرات متقابل نور و مادهreflection انعكاس•absorption or transmission جذب يا عبور•refraction شكست• variation of the plane of تغيير صفحه پالريزه شدن•

polarization

diffraction تداخل•extinction of fluorescence س خاموشي فلورسا ن•


7

موضوعاهميتتعيين ظاهر• اطالعات راجع به ساختار•

شعاع تابش

شعاع شكسته

شعاع انعكاسيآيينه اي

شعاع عبوري

انعكاس پراكنده

جذب


8

انكسار و انعكاس

I I

r

)()(rSiniSinn n

هوا

I=Iانعكا

:سانكسا

:ر


9

عوامل موCثر بر ضريب شكستدما• طول موج نور•روش استاندارد : نور تك رنگ سديم درجه سانتي 20 در nm 589طول موج :

گرادنور يك موج الكترو مغناطيسي است: و تغيير سرعت •

آن تحت تاثير پالريزه شدن توزيع الكترنها خارجي قرار ميگيرد. الكترنهايي كه در پيوند كوواالنس

.شركت دارند بيشتر تحت تاثير قرار ميگيرندبنا براين به هر پيوندي ميتوان يك قابليت پالريزه •

شدن نسبت داد . پالريزه شدن تحت تاثير جهت حوزه نيز است


10

+ ــ

+

ـــ

هسته

الكترونهاي داخلي

الكترونهاي ظرفيت

حوزه الكتريكي

حوزه الكتريكي

توزيع الكترونها در پيوند كوواالنس

توزيع الكترونها در پيوند كوواالنس پساز اعمال حوزه موازي با امتداد پيوند

توزيع الكترونها در پيوند كوواالنس

پس از اعمال حوزهعمود بر امتداد پيوند


11

میدان الکتریکی نور باعث پالریزه شدن پیوندهای کواالنسی

می شود.


12

تعاريف

REFRACTIVE INDEX : ريب شكستض•

rزاويه شكست i زاويه بر خورد•سرعت نور در ما ده V0 سرعت نور در خال•

V •

VV

rSiniSinn o)()(


13

تعریف مواد ایزو تروپیک: موادی که خواص آن در جهات مختلف یکسان باشد.تعریف مواد انیزو تروپیک: موادی که خواص آن در جهات مختلف یکسان نباشد.

n1

n2n3

n1=n2=n3 321 nnn

21 nn

n1

n2


14

BIREFRINGENCE ضريب شكست مضاعف

nnn

n

n


15

n

HERMANS ORIENTATION FACTOR

f= optical orientation factor ريب آرايش نوريض•

2sin231

)(

nn

nn

nnf

n


16

ضریب شکست ایزوتروپیک

)2(31

nnniso

nn


17

منشاء شكست مضاعفorientation birefringence یافتگی مولکولیآرايش•موازي شدن ملكولها كه خود غير ايزوتروپيك )

(.هستند form شكلضریب شکست مضاعف •

birefringence :در موادي كه ازچند فاز متفاوت با ضرايب شكست متفاوت تشكيل شده اند اگر يكي به صورت ميله يا صفحه با بعد كوچك كوچكتر از طول موج نور باشد، شكست در امتداد ميله ها از جهت عمود

.متفاوت ميشود


18


19

ضریب شکست و مقادیر وابسته در الیاف سلولزی

nisoФ f n║-n┴ n┴ n║ Fibre

542/1

8 97/0 069/0

519/1

588/1

Ramie

Viscose rayon

542/1

34 53/0 027/0

533/1

560/1

10% stretch

543/1

25 74/0 037/0

531/1

568/1

80% stretch

542/1

16 88/0 045/0

528/1

573/1

120% stretch

Model filaments

544/1

20 82/0 041/0

531/1

572/1

oriented

544/1

55 0 0 --- --- isotropic


20

ضریب شکست الیاف مختلف نساجی

n║-n┴ n┴ n║ Fibre

0.046 1.532 1.578 Cotton0.068 1.528 1.596 Ramic and flax0.020 1.519 1.539 Viscose rayon0.006 1.470 1.476 Secondary acetate0.005

-1.479 1.474 Triacetate

0.010 1.542 1.553 Wool0.053 1.538 1.591 Silk0.000 1.542 1.542 Casein0.000 1.536 1.536 Vicara (zein)0.063 1.519 1.582 Nylon0.188 1.537 1.725 Terylene polyester fibre

0.000 1.500 1.500 Orlon acrylic fibre0.004

-1.524 1.520 Acrilan acrylic fibre

0.044 1.512 1.556 Polyethylene0.000 1.547 1.547 Glass


21

مضاعف و ساختار ضريب شكستملكول

مستقيمملكول جانبيملكول با گروههاي

جهت حوزه

زيگزاگ

ضريب شكست مضاعف

زياد

ضريب شكست مضاعف

كم ضريب

شكست مضاعف

زياد


22

ضرائب شکست بعضی بلورها

Crystal no ne

Tourmaline 1.669 1.638

Calcite 1.6584 1.4864

Quartz 1.5443 1.5534

Sodium Nitrate 1.5854 1.3369

Ice 1.309 1.313

Ruile(TiO2) 2.616 2.903


23

پالریزاسیون نور

در نور پالریزه جهت ارتعاش و جهت انتشار نور فقط در یک صفحه

واقع شده اند.


24

یکی از روش های پالریزه شدن نور شکست نور توسط .یک ماده آرایش یافته مثل بلور کلسیت است

مواد به برخورد از پCس نور دارای آرایCش مولکولCی به دو

مولفه تجزیه می شود. دو هر جزء دو ایCCن الCCف-

پالریزه می باشند. ب- جهCت یCا صCفحه ارتعاش یا جهCت میدان الکتریکCی آنها بر

هم عمود است.ج- با هم اختالف فاز دارند.

معمولی معمولی جزء غیر جزء


25


26


27


28

پالریزاسیون توسط انعکاس

n1

n2

α

1

2

nntg Brewester Angle

و محیط اول هوا n2=1.5اگر محیط دوم شیشه باشد n1=1باشد

α=56.3

=n1=1α53 و محیط اول هوا باشد n2=1.33اگر محیط دوم آب باشد


29


30

عینک های پالریزه

نوری کCه از سCطح جاده منعکس می شود و جهت پالریزاسیون آن

موازی سطح جاده است.


31

پالریزاسیون نور در اثر پراکندگی


32

4

1

sctteringچرا آسمان آبی دیده می شود؟

چرا خورشید در هنگام طلوع یا غروب مایل به قرمز رنگ است؟


33


34


35

ساختار میکروسکوپ نور پالریزه


36

یک ماده دارای آرایش مولکولی بین پالریزورهای عمود برهم


37

n2n1n2

روشهاي اندازه گيري ضرايب شكست

Beke lineروش خط بکه •پالریزور و آنالیزور موازی•

n1=n2

n1n2

خط بكه

خط بکه


38

از مایعات مختلف استفاده می شود.•وقتی نمونه دیده نشود، یعنی خط •

مرزی بکه ناپدید شود، ضریب شکست نمونه با مایه برابر شده است.

خط بكه به هنگام كانوني كردن كه• حركت بیشترطرف ضريب شكست

ميكند ميتوان در يافت كه ضريب شكست جسم از مايع معلوم كمتر است

يا بيشتر


39

روشهاي اندازه گيري ضرايب شكست

روش مستقیم یا جبرانی•پالریزور و آنالیزور عمود برهم• درجه با پالریزور قرار می 45نمونه با زاویه •

گیرد.در هنگام چرخش نمونه چهار موضع خاموشی •

و چهار موضع حداکثر روشنایی مشاهده می شود.


40


41

نمایش برداری جهت ارتعاش


42

tnnNNntardadatio )()(Re

t ضخامت لیف است.

اختالف فاز یا تاخیر

اختالف فاز یا تاخیر با استفاده از جدول میشل لوی به دست می آید.

موج طول از مضربی


43


44

ها دهنده تاخيرfirst order red plate قرمز درجه اول•quarter red plateالندا چهارم •quartz wedgeلبه كوارتز •

first order red plate

Quartz wedge

ساختمان فیزیکی الیاف - دکتر مصطفی یوسفی 45

ضرايب شكست ، تبلور و بي نظمي

اگر الياف داراي دو فاز بلوري و بي نطم • :باشند

• a = amorphous• c = crystalline• f = form• = bireferingence• = % crystallinity

fac nnnn )1(

n


46

00 )1( aac nfnfnc

oa

aa n

nf

0c

cc n

nf

0 fn


47

ضريب شكست ، جرم مخصوصچون ضريب شكست با جمع بستن قابليت •

پس با افزايش ،پالريزه شدن به دست ميآيد: جرم مخصوص بايد افزايش يابد

tconsnLAWDALES tan1

=جرم مخصوص


48

ضريب شكست و رطوبتmoisture regain رطوبت باز يافته•

W وزن آب Dوزن خشك الياف

Vrلیف مرطوب و صوص حجم مخnr مرطوبضريب شكست ليف .:پسچون

100Dwr

Cten

1

...)1()1()1( 2211 nvnvnv mm

..333.0)1()1( 00 rnvnv rr

حجم يك گرم سلولز خشك


49

ضريب شكست و رطوبت

1.51.511.521.531.541.551.561.571.58

0 10 20 30

REGAIN

REFR

ACTI

VE IN

DEX

n parallel

n normal

ساختمان فیزیکی الیاف - دکتر مصطفی یوسفی 50

MICROTOME ميكروتوم

ميكروتوم وسيله اي ا ست براي برش نمونه با •:ضخامت كم و مشخص. برخي از انواع

-شوارتز3- هاردي 2دستي -1


51

دستي ميكروتوم


52


الياف

تيغ

باال برنده پيچ


53



54

دستي ميكروتومهاي


55

جديد ميكروتومهاي انواع

اتوماتيك سرما اتوماتيكاتوماتيكنيمه در


56


57

تداخل سازنده


58

تداخل مخرب


59


60

ساختمان فیزیکی الیاف

Documents