Get a site

پایان نامه تأثیر نانو ذرات TiO2 و Carbon Black بر خواص پوشش ­های استتاری در ناحیه مادون قرمز نزدیک

پایان نامه رشته : مهندسی پلیمر

گرایش : پژوهشی صنایع رنگ

عنوان : تأثیر نانو ذرات TiO2 و Carbon Black بر خواص پوشش­های استتاری در ناحیه مادون قرمز نزدیک

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان­ نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی پلیمر – پژوهشی صنایع رنگ

عنوان:

تأثیر نانو ذرات TiO2 , Carbon Black بر خواص پوشش­های استتاری در ناحیه مادون قرمز نزدیک

استاد راهنما :

دکتر جواد مختاری

استاد مشاور:

دکتر محسن دادگر

فهرست مطالب:
چکیده ۱
فصل اول ۲
مقدمه ۲
۱-۱- پیشگفتار. ۳
فصل دوم. ۶
مروری بر منابع مطالعاتی ۶
۲-۱- کاربرد پوشش های آلی با خواص مادون قرمز. ۷
۲-۲- مثال­هایی از پوشش­هایی با خواص بازتاب مادون قرمز ۸
۲-۲-۱- پوشش­هایی با بازتاب در مادون قرمز حرارتی ۸
۲-۲-۲- پوشش­های جمع کننده گرمای خورشیدی. ۸
۲-۲-۳- پوشش­هایی که با اشعه مادون قرمز پخت می شوند ۹
۲-۳- استتار. ۹
۲-۳-۱- هدف از استتار ۱۰
۲-۳-۲- استتار مادون قرمز(IR) 10
2-4- تشعشعات مادون قرمز ۱۱
۲-۴-۱- قاعده کلی تفرق تابش نور ۱۱
۲-۵- گستره امواج الکترومغناطیسی. ۱۲
۲-۶- ناحیه مادون قرمز. ۱۲
۲-۷- وسایل دیده بانی و آشکارسازها .۱۳
۲-۸- خصوصیات انعکاسی از محیط­های مختلف. ۱۵
۲-۹- پوشش های استتاری. ۱۸
۲-۹-۱- پوشش­هایی برای نواحی بیشه و جنگلی ۱۸
۲-۹-۲- پوشش­هایی برای نواحی بیابانی ۲۳
۲-۹-۳- پوشش­هایی برای محیط­های اقیانوسی ۲۳
۲-۱۰- خواص مواد اولیه با کارآیی مادون قرمز نزدیک. ۲۷
۲-۱۰-۱- انتخاب پیگمنت با خواص مادون قرمز نزدیک ۲۷
۲-۱۰-۲- رنگدانه ­های آلی. ۳۱
۲-۱۰-۳- نانو ذرات. ۳۲
۲-۱۰-۳-۱- دی اکسید تیتانیوم. ۳۲
۲-۱۰-۳-۲- نانو ذرات کربن بلک ۳۲
۲-۱۰-۴- خواص طیفی از رزین­ها ۳۳
۲-۱۰-۴-۱- رزین پلی یورتان. ۳۵
۲-۱۰-۵- حلال­ها و دیگر مواد تشکیل دهنده ۳۶
۲-۱۱- فرمول نویسی رنگ. ۳۸
۲-۱۲- آلومینیوم ۴۰
۲-۱۳- آماده سازی سطوح ۴۱
۲-۱۳-۱- مناسب سازی پیش از اِعمال. ۴۲
۲-۱۳-۲- تمیزکاری اولیه. ۴۳
۲-۱۳-۳- حذف اکسیدها به روش­های امکانپذیر ۴۳
۲-۱۴- آندایزینگ. ۴۶
۲-۱۴-۱- مفاهیم و کاربردها. ۴۶
۲-۱۴-۲- روش­های آندایزینگ. ۴۷
فصل  سوم ۵۱
مواد و تجهیزات. ۵۱
۳-۱- مواد مصرفی و تجهیزات. ۵۲
۳-۲ مواد مصرفی. ۵۲
۳-۲-۱- رنگدانه ­های آلی. ۵۲
۳-۲-۲- نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم ۵۴
۳-۲-۳- نانو ذرات کربن بلک ۵۴
۳-۲-۴- رزین ۵۵
۳-۲-۵- حلال­ها ۵۵
۳-۲-۶- اسید سولفوریک. ۵۵
۳-۲-۷- آلیاژ آلومینیوم۵۰۵۲ ۵۵
۳-۳ تجهیزات. ۵۶
۳-۳-۱- میکسر برقی. ۵۶
۳-۳-۲- دستگاه پولیشر. ۵۶
۳-۳-۳- فیلم کِش. ۵۶
۳-۳-۴- کوره حرارتی. ۵۷
۳-۴ آزمون­ها. ۵۷
۳-۴-۱- میکروسکوپ نوری ۵۷
۳-۴-۲- میکروسکوپ الکترونی روبشی ۵۷
۳-۴-۳- دستگاه اسپکتروفتومتر. ۵۸
۳-۴-۴- دستگاه اسپکتروفتومتر انعکاسی در ناحیه مادون قرمز نزدیک.۵۸
۳-۴-۵- دستگاه تست چسبندگی.۵۸
۳-۴-۶- دستگاه تست سایشی ۵۸
فصل چهارم ۵۹
نتایج و بحث. ۵۹
۴-۱- ساخت پوشش. ۶۰
۴-۲ آماده­سازی. ۶۴
۴-۳ پوشش دادن ۶۵
۴-۴- فرمولاسیون پوشش ۶۵
۴-۵- تصاویر میکروسکوپ نوری. ۶۷
۴-۶ تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ۷۰
۴-۷ انعکاس پوشش­ها در ناحیه مادون قرمز نزدیک ۷۴
۴-۸- مقاومت سایشی پوشش­ها. ۷۸
۴-۹- چسبندگی پوشش­ها .۸۰
فصل  پنجم ۸۳
نتیجه گیری  و پیشنهادات ۸۳
۵-۱- نتیجه ­گیری ۸۴
۵-۲- پیشنهادات برای کارهای آتی ۸۵
مراجع. ۸۶
پیوست. ۹۲
چکیده:
استتار هم در ناحیه مریی و هم در ناحیه مادون قرمز موضوعات قابل توجهی در اهداف و مقاصد نظامی می باشد. به منظور ایجاد استتار در ناحیه مادون قرمز نزدیک، بایستی طیف انعکاسی اجزای طبیعت و هدف را هماهنگ نمود. بنابراین طیف انعکاسی پوشش های استتاری در ناحیه مادون قرمز نزدیک تهیه شده، بسیار مهم می باشد. برای رسیدن به این هدف از رنگدانه­های آلی استفاده شده است. همچنین از درصدهای مختلف نانو دی اکسید تیتانیوم و نانو کربن بلک در فرمولاسیون پوشش به منظور بررسی تأثیر آن­ها بر خواص پوشش­های استتاری از جمله انعکاس طیفی، میزان چسبندگی و مقاومت سایش در ناحیه مادون قرمز نزدیک استفاده گردید. حداقل ضخامت پوشش اِعمال شده برای رسیدن به انعکاس مناسب ۲۲۵میکرون می­باشد.
نتایج انعکاسی نمونه­ها نشان داد که افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و کربن بلک به فرمولاسیون پوشش­ها باعث کاهش انعکاس می­شود. بررسی میزان مقاومت به سایش پوشش­ها نشان داد که با افزودن نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و کربن بلک باعث افزایش مقاومت سایشی پوشش­ها می­شود و تأثیری در میزان چسبندگی پوشش­ها ندارند.
فصل اول: مقدمه
۱-۱- پیشگفتار
گونه­های شگفت­انگیزی از پنهان سازی در بین جانوران از گذشته تاکنون شناخته شده و آنچه امروزه به عنوان استتار[۱] مطرح است الهام گرفته از طبیعت می­باشد. استتار از اصول و عوامل پدافند غیرعامل می­باشد و از مهمترین حیله­های جنگی است که برای فریب دشمن به­کار می­رود. استتار یکی از روش­های محافظت در برابر عوامل خارجی می­باشد. پایه­ی اولیه آن بر روی این واقعیت استوار است که اگر دشمن نتواند هدف را کشف کند، هدف به­طور مؤثری محافظت می­شود و تلفات کاهش پیدا می­ کند[۱].
در مقاصد نظامی، استتار به منظور تغییر شکل دادن نیروها و تجهیزات در مقابل شناسایی دشمن استفاده می­شود. تا زمانی که نیروها و تجهیزات آن­ها پیشرفته تر می­شود، استتار برای زنده ماندن و محافظت در برابر تجهیزات اهمیت بیشتری پیدا می کند. از نقطه نظر نظامی، تلاش­ها و تحقیقات پیوسته­ای برای یافتن روش­هایی به منظور فریب دادن مشاهده کننده وجود دارد. رنگ­های یافت شده در اغلب الگوهای استتار نظامی: سبز، زیتونی، خاکی، قهوه­ای و مشکی می­باشد. برای استتار هماهنگی با محیط اطراف، کاهش تضادها و از بین بردن خطوط برجسته­ی تصویر از طریق یک الگوی کارآمد ضروری است. نور خورشید شامل ۵% اشعه­ی ماورای بنفش، ۴۶% تابش مرئی و حدود۴۹% تابش مادون قرمز نزدیک (NIR) می­باشد
(طول موج ۷۰۰ تا ۱۲۰۰ نانومتر). با پیدایش تجهیزات شناسایی در NIR، مانند دوربین­های دید در شب و فتو گرافی NIR، ضروری است که انعکاس IR پوشش­ها در محدوده­ ۷۰۰-۱۲۰۰نانومتر در نظر گرفته شود. بنابراین ضروری است که برای استتار، رنگدانه­هایی که دارای انعکاس مادون قرمز مشابه با اجزای طبیعت هستند و طیف انعکاسی محیط را با طیف انعکاسی شی همسان می کنند، به کار روند[۵۷].
معمولاً سه محیط برفی، جنگلی و بیابانی را می­توان مهم­ترین زمینه ­های استتار برای پنهان­سازی نیروها و تجهیزات نظامی عنوان کرد. در محیط برفی، انعکاس برف در طول موج­های ماورابنفش حـــــدود ۹۸-۸۰% می­باشد و اجسام برای استتار در این مناطق، باید بتوانند انعکاسی نزدیک با زمینه برفی محیط داشته باشند[۱].
در محیط جنگلی، هریک از عناصر جنگل دارای خصوصیات انتشار مادون قرمز متفاوتی هستند که به ساختار شیمیایی آن­ها وابسته می­باشد. به عنوان مثال برگ­های درختان که جزء اصلی در محیط جنگلی به حساب می­آیند، دارای بازتاب نسبتاً کم در ناحیه مرئی و بازتاب نسبتاً زیاد در محدوده مادون قرمز نزدیک
می­باشند. عنصر اصلی که در ساختار گیاهان نقش اساسی ایفا می­ کند کلروفیل (سبزینه) می­باشد[۱].
شن و ماسه­های بیابان که جزء اصلی محیط­های بیابانی را تشکیل می­­دهند، دارای بازتاب نسبتاً زیاد در ناحیه مرئی و مادون قرمز نزدیک می­باشند[۱]. برای نگارش پایان ­نامه نیز از الگوی زیر استفاده گردیده است :
در فصل دوم به مروری بر مقالات گذشته در خصوص استتار در ناحیه مادون قرمز نزدیک پرداخته شده است؛ که ابتدا کاربردهایی از پوشش­های آلی با خواص مادون قرمز نام برده شده است و سپس به بحث استتار در ناحیه مادون قرمز نزدیک، که یکی از کاربردهای پوشش آلی با خواص مادون قرمز است؛ به طوری که مبحث اصلی این پروژه می­باشد پرداخته شده است. در ادامه مباحث فصل دوم، مواد اولیه ساخت پوشش از جمله رنگدانه[۲]، رزین و حلال­هایی که می­توانند در پوشش­های آلی با خواص مادون قرمز نزدیک به­کار برده شوند مورد بحث قرار گرفته­اند.
در فصل سوم به بررسی تجهیزات و آزمون­های انجام گرفته شده و همچنین فرمولاسیون پوشش ساخته شده، نحوه­ی ساخت پوشش و اِعمال پوشش بر روی زیرآیند آلیاژ آلومینیوم ۵۰۵۲، پرداخته شده است.
در فصل چهارم نتایج حاصل از این تحقیق عرضه و مورد بحث و تحلیل قرار گرفته است؛ نتایج آزمون­ انعکاس در ناحیه مادون قرمز نزدیک، آزمون سایشی، آزمون چسبندگی پوشش، و عکس­های استخراج شده به­وسیله دستگاه­های میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی به تفکیک آورده و مورد بحث واقع شده است.
در نهایت در فصل پنجم، از آزمون­های انجام گرفته شده در پروژه، نتیجه ­گیری شده و تأثیر حضور نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و کربن بلک بر روی خواص پوشش­های استتاری در ناحیه مادون قرمز نزدیک بد ست آورده شده است.
در بخش­های پایانی نیز پیشنهادات برای کارهای آتی و مراجع آورده شده است.
فصل دوم: مروری بر منابع مطالعاتی
۱-۲- کاربرد پوشش های آلی با خواص مادون قرمز
پوشش­های مادون قرمز[۱] بازتاب انتخابی یا عدم بازتاب اشعه در طیف مادون قرمز را بسته به نوع کاربرد دارا می باشند. برای کاربردهای متفاوت، پوشش­ها می توانند به طوری طراحی شوند که اشعه خورشیدی را انعکاس دهند و با به حداقل رساندن انتقال حرارت به داخل ساختار باعث کاهش انرژی مورد نیاز برای سیستم خنک کننده می گردند. کاربرد پوشش­هایی که در این راستا می­باشند عبارتند از: پوشش­های کشتی­ها، وسایل نقلیه و کانتینرها برای جلوگیری از انتقال حرارت به داخل آن­ها[۱].
در مقابل پوشش­هایی برای جمع­آوری حرارت خورشیدی طراحی شده است برای جذب و حفظ حرارت تا زمانی که آن را به یک سیال برای حمل و نقل و ذخیره سازی انتقال داد[۱].
یکی دیگر از کاربردهای مهم از بازتابش اشعه مادون قرمز پوشش­های استتاری می باشد. استتار هنر گیج کننده ­ای است که مشاهده ناظر را به تأخیر می اندازد و جلوگیری از تشخیص، تبعیض و یا شناسایی
است. در هر دو طیف مرئی و مادون قرمز نزدیک لازم است طیف شی با طیف محیط یکسان گردد. دستیابی به یک پوشش استتاری موفق به وسیله­ی انتخاب رنگدانه­ها صورت می گیرد[۱].
اشعه مادون قرمز در بعضی از رنگ­ها باعث پخت فیلم (رنگ) می شود به طوری که به عنوان کاتالیزور فرآیند پلیمریزاسیون مورد استفاده قرار می گیرد و سرعت پخت فیلم را تسریع می بخشد[۳].
در موارد دیگر، رنگ ممکن است برای حفظ انرژی داخلی یک محفظه و گرم نگه داشتن داخلی محفظه به کار گرفته می شود[۱].
همچنین رنگ می تواند اشعه مادون قرمز حرارتی را کاهش دهد و نشر اشعه مادون قرمز را به طول موج­های مختلف ببرد، که باعث می شود احتمال تشخیص کاهش یابد. به عنوان مثال پوشش­هایی برای سفینه­های فضایی طراحی شده اند برای حفظ گرما، و پوشش­هایی برای برخی از تجهیزات نظامی به منظور کاهش تولید نشرهای حرارتی طراحی شده اند[۱].
۲-۲- مثال­هایی از پوشش­هایی با خواص بازتاب مادون قرمز
۱-۲-۲- پوشش­هایی با بازتاب در مادون قرمز حرارتی
این دسته از پوشش­ها به منظور کاهش نشر حرارتی و بازتاب در ناحیه مادون قرمز حرارتی طراحی شده اند. رنگدانه­های متالیک از جمله ورقه­های آلومینیومی از این دسته از مواد می باشند که دارای بازتاب مناسبی در ناحیه مادون قرمز حرارتی هستند[۱].
۲-۲-۲- پوشش­های جمع کننده گرمای خورشیدی
این پوشش­ها برای گرفتن و جذب انرژی خورشیدی طراحی می شوند و آن را در داخل این پوشش نگه می­دارند یا در لایه­ی زیرآیند حفظ می کنند تا آن را منتقل نمایند. این پوشش­ها باید انرژی خورشیدی را به طور موثر جذب کنند، اما باید انرژی گرمایی را به طور ضعیف منتشر کنند تا انرژی در داخل باقی بماند. پوشش­های آلی برای جمع آوری گرمای خورشید باید پایین­ترین شدت نشر در طول موج­های گرمایی و مادون قرمز دور ساخته شوند تا کمترین مقدار گرما هدر رود و به هدر رفتن تشعشع گرمایی به حداقل برسد. رنگدانه­ها باید قابلیت جذب بالایی داشته باشند، هم برای تشعشع مرئی و هم برای تشعشع قرمز نزدیک، و کمترین انتشار گرما را نشان دهند و یا هیچ گرمایی منتشر ننمایند. پوشش­هایی با این کاربرد با ترکیبی از ذرات فلزی ساخته شده ­اند که برای کاهش انتشار گرمای مادون قرمز ارزشمند است[۲] .
۳-۲-۲- پوشش­هایی که با اشعه مادون قرمز پخت می شوند
این پوشش­ها برای جذب انرژی مادون قرمز گرمایی که به طور مستقیم از منبع انرژی یا به طور
غیر مستقیم از زیرآیند گرم شده انرژی جذب می کنند طراحی شده ­اند. انرژی داخلی این پوشش سبب پلیمریزاسیون رزین می شود و در نتیجه این پوشش را بهبود بخشیده و اصلاح می نمایند. رنگدانه­هایی که تشعشع مادون قرمز را خوب جذب می کنند در درون این غشا گرما ایجاد می کنند و زمان پخت را به حداقل می رسانند شفاف می باشند و تشعشع مادون قرمز از آن­ها عبور می کند تا انرژی به لایه­های زیرین نفوذ کند. انتقال گرما به داخل این پوشش زمان زیادی برای بهبود پوشش نسبت به تشکیل گرما در داخل غشا پوشش می­برد. رنگدانه ­های انعکاسی گزینه­ی مناسبی برای این کاربرد نیستند زیرا مانع جذب انرژی می شوند و اساساً مانع بهبود می گردند[۳] .
[۱] Infrared
[1] Comouflage
[2] Pigment
تعداد صفحه : ۱۱۴
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :               [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.