متفرقه

پایان نامه ارشد: 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


(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)


فهرست مطالب:
چکیده 1
فصل اول 2
مقدمه 2
1-1- پیشگفتار. 3
فصل دوم. 6
مروری بر منابع مطالعاتی 6
2-1- کاربرد پوشش های آلی با خواص مادون قرمز. 7
2-2- مثال­هایی از پوشش­هایی با خواص بازتاب مادون قرمز 8
2-2-1- پوشش­هایی با بازتاب در مادون قرمز حرارتی 8
2-2-2- پوشش­های جمع کننده گرمای خورشیدی. 8
2-2-3- پوشش­هایی که با اشعه مادون قرمز پخت می شوند 9
2-3- استتار. 9
2-3-1- هدف از استتار 10
2-3-2- استتار مادون قرمز(IR) 10
2-4- تشعشعات مادون قرمز 11
2-4-1- قاعده کلی تفرق تابش نور 11
2-5- گستره امواج الکترومغناطیسی. 12
2-6- ناحیه مادون قرمز. 12
2-7- وسایل دیده بانی و آشکارسازها .13
2-8- خصوصیات انعکاسی از محیط­های مختلف. 15
2-9- پوشش های استتاری. 18
2-9-1- پوشش­هایی برای نواحی بیشه و جنگلی 18
2-9-2- پوشش­هایی برای نواحی بیابانی 23
2-9-3- پوشش­هایی برای محیط­های اقیانوسی 23
2-10- خواص مواد اولیه با کارآیی مادون قرمز نزدیک. 27
2-10-1- انتخاب پیگمنت با خواص مادون قرمز نزدیک 27
2-10-2- رنگدانه ­های آلی. 31
2-10-3- نانو ذرات. 32
2-10-3-1- دی اکسید تیتانیوم. 32
2-10-3-2- نانو ذرات کربن بلک 32
2-10-4- خواص طیفی از رزین­ها 33
2-10-4-1- رزین پلی یورتان. 35
2-10-5- حلال­ها و دیگر مواد تشکیل دهنده 36
2-11- فرمول نویسی رنگ. 38
2-12- آلومینیوم 40
2-13- آماده سازی سطوح 41
2-13-1- مناسب سازی پیش از اِعمال. 42
2-13-2- تمیزکاری اولیه. 43
2-13-3- حذف اکسیدها به روش­های امکانپذیر 43
2-14- آندایزینگ. 46
2-14-1- مفاهیم و کاربردها. 46
2-14-2- روش­های آندایزینگ. 47
فصل  سوم 51
مواد و تجهیزات. 51
3-1- مواد مصرفی و تجهیزات. 52
3-2 مواد مصرفی. 52
3-2-1- رنگدانه ­های آلی. 52
3-2-2- نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم 54
3-2-3- نانو ذرات کربن بلک 54
3-2-4- رزین 55
3-2-5- حلال­ها 55
3-2-6- اسید سولفوریک. 55
3-2-7- آلیاژ آلومینیوم5052 55
3-3 تجهیزات. 56
3-3-1- میکسر برقی. 56
3-3-2- دستگاه پولیشر. 56
3-3-3- فیلم کِش. 56
3-3-4- کوره حرارتی. 57
3-4 آزمون­ها. 57
3-4-1- میکروسکوپ نوری 57
3-4-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی 57
3-4-3- دستگاه اسپکتروفتومتر. 58
3-4-4- دستگاه اسپکتروفتومتر انعکاسی در ناحیه مادون قرمز نزدیک.58
3-4-5- دستگاه تست چسبندگی.58
3-4-6- دستگاه تست سایشی 58
فصل چهارم 59
نتایج و بحث. 59
4-1- ساخت پوشش. 60
4-2 آماده­سازی. 64
4-3 پوشش دادن 65
4-4- فرمولاسیون پوشش 65
4-5- تصاویر میکروسکوپ نوری. 67
4-6 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی 70
4-7 انعکاس پوشش­ها در ناحیه مادون قرمز نزدیک 74
4-8- مقاومت سایشی پوشش­ها. 78
4-9- چسبندگی پوشش­ها .80
فصل  پنجم 83
نتیجه گیری  و پیشنهادات 83
5-1- نتیجه ­گیری 84
5-2- پیشنهادات برای کارهای آتی 85
مراجع. 86
پیوست. 92
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 225میکرون 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
1-1- پیشگفتار
گونه­های شگفت­انگیزی از پنهان سازی در بین جانوران از گذشته تاکنون شناخته شده و آنچه امروزه به عنوان استتار[1] 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 می­کند[1].
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 5% اشعه­ی ماورای بنفش، 46% تابش مرئی و حدود49% تابش مادون قرمز نزدیک (NIR) می­باشد
 (طول موج 700 تا 1200 نانومتر). با پیدایش تجهیزات شناسایی در NIR، مانند دوربین­های دید در شب و فتو گرافی NIR، ضروری است که انعکاس IR پوشش­ها در محدوده­ی 700-1200نانومتر 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[57].
معمولاً سه محیط برفی، جنگلی و بیابانی را می­توان مهم­ترین زمینه­های استتار برای پنهان­سازی نیروها و تجهیزات نظامی عنوان کرد. در محیط برفی، انعکاس برف در طول موج­های ماورابنفش حـــــدود 98-80% می­باشد و اجسام برای استتار در این مناطق، باید بتوانند انعکاسی نزدیک با زمینه برفی محیط داشته باشند[1].
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 می­کند کلروفیل (سبزینه) می­باشد[1].
شن و ماسه­های بیابان که جزء اصلی محیط­های بیابانی را تشکیل می­­دهند، دارای بازتاب نسبتاً زیاد در ناحیه مرئی و مادون قرمز نزدیک می­باشند[1]. 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[2]، 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 5052، 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، نتیجه­گیری 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
1-2- کاربرد پوشش های آلی با خواص مادون قرمز
پوشش­های مادون قرمز[1] 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[1].
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[1].
یکی دیگر از کاربردهای مهم از بازتابش اشعه مادون قرمز پوشش­های استتاری می باشد. استتار هنر گیج کننده­ای 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[1].
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[3].
در موارد دیگر، رنگ ممکن است برای حفظ انرژی داخلی یک محفظه و گرم نگه داشتن داخلی محفظه به کار گرفته می شود[1].
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[1].
2-2- مثال­هایی از پوشش­هایی با خواص بازتاب مادون قرمز
1-2-2- 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[1].
2-2-2- 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 شده­اند که برای کاهش انتشار گرمای مادون قرمز ارزشمند است[2] .
3-2-2- 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 شده­اند. 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[3] .
[1] Infrared
[1] Comouflage
[2] Pigment
تعداد صفحه : 114
قیمت : 14700تومان

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 :               serderehi@gmail.com

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.

***  *** ***