در قالب آزمایشگاهی؛

نانو پوشش‌هایی برای حفاظت بهتر بدنه‌ فضاپیماها تولید شد

محققان دانشگاه مالک اشتر واحد شاهین شهر موفق به تولید پوشش‌های نانو ساختاری شده‌اند که می‌تواند به عنوان سطح محافظت کننده‌ی حرارتی بدنه فضاپیماها به کار گرفته شود.

کد خبر: ۹۷۰۵۲

تاریخ: ۲۰ دی ۱۳۹۴ - ۱۳:۵۸

به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، ماهواره‌ها در فضا و در شرایط مختلف باید تغییرات دمایی را در محدوده‌ ۱۸۰- تا۱۲۰+ درجه‌ سانتی گراد تحمل کنند. گاهی آن بخش ماهواره که به سمت خورشید است، بسیار گرم و طرف مقابل آن که در سایه قرار دارد، بسیار سرد می‌شود. این اختلاف دما و تغییر ناگهانی در صورت تعدیل نشدن می‌تواند صدمات زیادی را به تجهیزات داخلی ماهواره وارد کند.

کمال قانی، یکی از محققان این طرح عنوان کرد: عموما برای حفظ تعادل گرمایی و در نتیجه عملکرد بهینه‌ تجهیزات داخلی، سطوح سامانه‌های فضایی توسط پوشش‌های کنترل حرارتی، پوشانده می‌شوند؛ لذا باتوجه به پیشرفت علم هوافضا و استفاده ازانواع گوناگون ماهواره‌ها درفضا، دستیابی به پوششی با بهترین خواص اهمیت فراوانی یافته است.

وی افزود: در این طرح نیز پوشش‌هایی با استفاده از رنگدانه‌ نانومتخلخل مغناطیسی از جنس اکسید آهن سنتز شده و عملکرد آن در حفاظت از بدنه‌ فضاپیما به کمک آزمون‌های مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

قانی در خصوص ویژگی‌های مورد نیاز برای ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی عنوان کرد: تحقیقات نشان داده که استفاده از رنگ‌هایی با نسبت جذب به نشر نزدیک به یک، بهترین نتیجه را جهت استفاده در پوشش‌های کنترل حرارتی ماهواره‌ها و فضاپیماها دارند؛ به همین دلیل است که پوشش‌های متشکل از رنگدانه‌های سیاه معدنی و یا کربن سیاه، بسیار متداول است.

وی ادامه داد: بر اساس نتایج به دست آمده، رنگدانه‌های متخلخل مغناطیسی سنتز شده در این کار، از ساختار خوبی برخوردارند و نسبت جذب به نشر نور بهتری نسبت به رنگدانه‌های متداول صنعتی و حتی کربن سیاه دارند. به عبارتی نسبت جذب به نشر آن نسبت به نمونه‌های متداول، به عدد یک نزدیکتر بوده، بنابراین گزینه‌ بسیار مناسبی جهت ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی فضاپیما خواهد بود.

قانی با بیان اینکه وزن فضاپیما و سیستم‌های فضایی یک عامل مهم در طراحی آن‌ها به شمار می‌آید، عنوان کرد: در این تحقیق به دلیل استفاده از رنگدانه‌ نانومتخلخل در تهیه‌ رنگ به منظور نفوذ رزین به داخل رنگدانه و پخش شدگی بهتر آن،، وزن رنگدانه‌ کاهش یافته است. این امر در نهایت موجب کاهش وزن نهایی سیستم خواهد شد.

وی خاطر نشان کرد: از طرفی نانوتخلخل‌های موجود در رنگدانه سبب شده تا مقدار رنگدانه‌ای که استفاده می‌شود، کمتر از مقدار غلظت حجمی بحرانی رنگدانه باشد. بنابراین عملکرد بهتر پوشش تهیه شده در آزمون‌های عمومی مانند، آزمون سایش، آزمون چسبندگی و آزمون خمش، حاصل شده است.

به گفته وی، از نتایج این طرح می‌توان افزون بر سامانه‌های فضایی مدار پایین در کلکتورهای خورشیدی و منابع تولید انرژی نیز استفاده کرد.

وی اظهار داشت: در این تحقیق ابتدا قالب‌های سیلیکایی سنتز شد و سپس با استفاده از این قالب‌ها، رنگدانه‌ نانو متخلخل اسپینل آهن تهیه شد و در ساخت رنگ سیاه کنترل حرارتی ماهواره به کار برده شد.  همچنین ساختار و تخلخل رنگدانه‌های سنتز شده به کمک روش‌هایی نظیر XRD، FESEM، جذب نیتروژن و طیف سنجی بازتاب نشر مورد ارزیابی قرار گرفت.

قانی ادامه داد: رزین پیشنهادی برای این رنگ نیز از نوع سیلیکاتی است که این رزین به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیژن اتمی که یک عامل مهم در جلوگیری از تخریب رنگ در فضا محسوب می‌شود، انتخاب شد. رنگدانه‌ سنتز شده دارای ضریب جذب ۰/۹۶۲ و ضریب نشر ۰/۹۶۷ است. نتایج آزمون‌های عمومی رنگ نیز برای پوشش‌های تهیه شده، مطلوب بوده است.

نتایج این پژوهش در مجله‌ Journal of Coatings Technology and Research (جلد ۱۲، شماره ۶، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۰۶۵ تا ۱۰۷۱) به چاپ رسیده است. دکتر کمال قانی و دکتر رضا شجاع رضوی، اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر، نرگس کیومرثی پور، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد و مسلم مشایخی،  دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی کاربردی این دانشگاه در این تحقیقات همکاری داشته‌اند.

برتری ویژه‌ی این پوشش‌ها نسبت به پوشش‌های معمولی، وزن بسیار کمتر آن‌هاست. نتایج این تحقیقات که در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته، افزون بر سامانه‌های فضایی، در صنایع انرژی‌های تجدیدپذیر نیز قابل کاربرد است.