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

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد 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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل 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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید