Vliv atmosféry na laserovou ablaci materiálů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato práce se zabývá všeobecným přehledem spektrometrie laserem buzeného plazmatu–ablací materiálu a vzniku plazmatu při změně okolního prostředí. Cílem je stanovit ideální podmínky pro zlepšení detekce, jež je u některých prvků obtížná, pokud měření probíhá ve vzduchu za atmosférického tlaku. Proto provádíme změnu podmínek okolního prostředí, tedy typ plynu (vzduch, helium, argon) a jeho tlak. Nárazníkové plyny (helium, argon) mají zásadní vliv na průběh ablace materiálu a vlastnosti vniklého plazmatu, proto studujeme změny v intenzitě signálu s ohledem na jednotlivé atmosféry (změna signálu v atmosféře argonu, helia oproti atmosféře vzduchu). V první části práce uvádíme princip a fyzikální podstatu laserové ablace se stručnou rešerší doposud provedených experimentů pro podobné účely. Na základě této rešerše jsou stanoveny předpokládané závěry experimentu ohledně vlivu inertních plynů a tlaku na detekci studovaných prvků. Ve druhé části práce je pak představen vlastní řízený experiment, který se skládal z detekce spektrálních čar fluoru a draslíku, viz kap. 5.6 a molekulových přechodů fluoridu vápenatého, viz kap. 5.10. V řízeném experimentu jsme stanovili dva předpoklady. Prvním předpokladem je vliv atmosféry inertního plynu, ta by měla výrazně zlepšit detekci fluoru i draslíku oproti atmosféře vzduchu. Toto zjištění jsme potvrdili jen pro argonovou atmosféru. Naopak v atmosféře helia nedošlo ke zlepšení detekce ani jednoho z prvků. Druhým předpokladem je vliv snižování okolního tlaku, ten by měl v kombinaci s inertním plynem umožnit detekci fluoru i při nízké koncentraci ve vzorku. Právě za takový vzorek považujeme měřený skleněný disk v kap. 5.7. Tento předpoklad potvrzen není, jelikož při snižování tlaku ve vakuové komoře se nijak neprojevuje zvýšená intenzita spektrální čáry fluoru. Závěrem v kap. 7 byly z výsledků jednotlivých částí experimentu navrženy nejvhodnější podmínky pro budoucí detekci měřených látek: fluoru, draslíku a molekul fluoridu vápenatého.
This thesis deals with a general overview of laser-induced breakdown spectroscopy - ablation of material and plasma formation when a change of the surrounding environment occurs. The aim is to establish ideal conditions for improving detection, which is difficult for some elements when the measurement takes place in the ambient atmosphere. This is the reason why we change the ambient conditions, the gas (air, helium, argon) and its pressure. Buffer gases (helium, argon) influence the development of the material ablation and quality of generated plasma. That is why we inspect the changes in the signal according to particular atmospheres (signal change in buffer gases compared to the ambient atmosphere). The first part of the thesis presents the principle and physical nature of laser ablation with a brief search of experiments performed so far for similar purposes. Based on this search we determine conclusions about the influence of buffer gasses and pressure on the detection used gasses. In the second part of the work, the controlled experiment is presented, which consisted of the detection of spectral lines of fluorine and potassium, see chapter 5.6 and molecular transitions of calcium fluoride, see chapter 5.10. In a controlled experiment, we established two assumptions. The first assumption is the influence of the inert gas atmosphere, which should significantly improve the detection of fluorine and potassium compared to the air atmosphere. We confirmed this finding only for the argon atmosphere. In contrast, in the helium atmosphere, the detection of none of the elements improved. The second assumption is the effect of reducing the ambient pressure, which in combination with an inert gas should allow the detection of fluorine even at low concentrations in the sample. We consider the measured glass disk in chapter 5.7 to be such a sample. This assumption is not confirmed, as the increased intensity of the fluorine spectral line does not manifest itself in any way when the pressure in the vacuum chamber decreases. Finally, in chapter 7 from the results of individual parts of the experiment, the most suitable conditions for the future detection of the measured substances were proposed: fluorine, potassium and calcium fluoride molecules.
This thesis deals with a general overview of laser-induced breakdown spectroscopy - ablation of material and plasma formation when a change of the surrounding environment occurs. The aim is to establish ideal conditions for improving detection, which is difficult for some elements when the measurement takes place in the ambient atmosphere. This is the reason why we change the ambient conditions, the gas (air, helium, argon) and its pressure. Buffer gases (helium, argon) influence the development of the material ablation and quality of generated plasma. That is why we inspect the changes in the signal according to particular atmospheres (signal change in buffer gases compared to the ambient atmosphere). The first part of the thesis presents the principle and physical nature of laser ablation with a brief search of experiments performed so far for similar purposes. Based on this search we determine conclusions about the influence of buffer gasses and pressure on the detection used gasses. In the second part of the work, the controlled experiment is presented, which consisted of the detection of spectral lines of fluorine and potassium, see chapter 5.6 and molecular transitions of calcium fluoride, see chapter 5.10. In a controlled experiment, we established two assumptions. The first assumption is the influence of the inert gas atmosphere, which should significantly improve the detection of fluorine and potassium compared to the air atmosphere. We confirmed this finding only for the argon atmosphere. In contrast, in the helium atmosphere, the detection of none of the elements improved. The second assumption is the effect of reducing the ambient pressure, which in combination with an inert gas should allow the detection of fluorine even at low concentrations in the sample. We consider the measured glass disk in chapter 5.7 to be such a sample. This assumption is not confirmed, as the increased intensity of the fluorine spectral line does not manifest itself in any way when the pressure in the vacuum chamber decreases. Finally, in chapter 7 from the results of individual parts of the experiment, the most suitable conditions for the future detection of the measured substances were proposed: fluorine, potassium and calcium fluoride molecules.
Description
Keywords
Laser, laserová ablace, LIBS, plazma, nárazníkové plyny, spektrální čáry, spektrometr, spektroskopie, spektroskopie laserem buzeného plazmatu, změna atmosféry, změna tlaku, Laser, laser ablation, LIBS, plasma, buffer gases, spectral lines, spectrometer, spectroscopy, laser-induced breakdown spectroscopy, change of atmosphere, change of pressure
Citation
ČERNÁ, S. Vliv atmosféry na laserovou ablaci materiálů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Přesná mechanika a optika
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-07-15
Defence
Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno:
Jednotka intenzity měřeného signálu LIBS.
Studentka otázku zodpověděla.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení