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. برتری ویژه‌ی این پوشش‌ها نسبت به پوشش‌های معمولی، وزن بسیار کمتر آن‌هاست. نتایج این تحقیقات
اصفهان: تولید آزمایشگاهی نانوپوشش‌هایی برای حفاظت بهتر بدنه‌ی فضاپیماها
ماهواره‌ها در فضا و در شرایط مختلف باید تغییرات دمایی را در محدوده‌ی ۱۸۰- تا۱۲۰+ درجه‌ی 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.
دکتر کمال قانی در اشاره به راهکار رفع این مشکل عنوان کرد: «عموماً برای حفظ تعادل گرمایی و در نتیجه عملکرد بهینه‌ی 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.»
در این طرح نیز پوشش‌هایی با استفاده از رنگدانه‌ی نانومتخلخل مغناطیسی از جنس اکسید آهن سنتز شده و عملکرد آن در حفاظت از بدنه‌ی فضاپیما به کمک آزمون‌های مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
این محقق در خصوص ویژگی‌های مورد نیاز برای ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی عنوان کرد: «تحقیقات نشان داده است 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.»
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 و بنابراین گزینه‌ی بسیار مناسبی جهت ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی فضاپیما خواهد بود.
قانی در خصوص سایر مزیت‌های این پوشش عنوان کرد: «وزن فضاپیما و سیستم‌های فضایی یک عامل مهم در طراحی آن‌ها به شمار می‌آید. در این تحقیق به دلیل استفاده از رنگدانه‌ی نانومتخلخل در تهیه‌ی 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. 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.»
از نتایج این طرح می‌توان افزون بر سامانه‌های فضایی مدار پایین در کلکتورهای خورشیدی و منابع تولید انرژی نیز استفاده کرد.
این محقق در خصوص روند ساخت و بررسی این پوشش‌ها اینگونه توضیح داد: «در این تحقیق ابتدا قالب‌های سیلیکایی سنتز شد. سپس با استفاده از این قالب‌ها، رنگدانه‌ی نانو متخلخل اسپینل آهن تهیه شد و در ساخت رنگ سیاه کنترل حرارتی ماهواره به کار برده شد. ساختار و تخلخل رنگدانه‌های سنتز شده به کمک روش‌هایی نظیر XRD، FESEM، جذب نیتروژن و طیف سنجی بازتاب نشر مورد ارزیابی قرار گرفت. رزین پیشنهادی برای این رنگ نیز از نوع سیلیکاتی است. 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. رنگدانه‌ی 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 مجله‌ی 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 هیأت 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.
دکتر کمال قانی در اشاره به راهکار رفع این مشکل عنوان کرد: «عموماً برای حفظ تعادل گرمایی و در نتیجه عملکرد بهینه‌ی 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.»
در این طرح نیز پوشش‌هایی با استفاده از رنگدانه‌ی نانومتخلخل مغناطیسی از جنس اکسید آهن سنتز شده و عملکرد آن در حفاظت از بدنه‌ی فضاپیما به کمک آزمون‌های مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
این محقق در خصوص ویژگی‌های مورد نیاز برای ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی عنوان کرد: «تحقیقات نشان داده است 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.»
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 و بنابراین گزینه‌ی بسیار مناسبی جهت ساخت پوشش‌های کنترل حرارتی فضاپیما خواهد بود.
قانی در خصوص سایر مزیت‌های این پوشش عنوان کرد: «وزن فضاپیما و سیستم‌های فضایی یک عامل مهم در طراحی آن‌ها به شمار می‌آید. در این تحقیق به دلیل استفاده از رنگدانه‌ی نانومتخلخل در تهیه‌ی 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. 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.»
از نتایج این طرح می‌توان افزون بر سامانه‌های فضایی مدار پایین در کلکتورهای خورشیدی و منابع تولید انرژی نیز استفاده کرد.
این محقق در خصوص روند ساخت و بررسی این پوشش‌ها اینگونه توضیح داد: «در این تحقیق ابتدا قالب‌های سیلیکایی سنتز شد. سپس با استفاده از این قالب‌ها، رنگدانه‌ی نانو متخلخل اسپینل آهن تهیه شد و در ساخت رنگ سیاه کنترل حرارتی ماهواره به کار برده شد. ساختار و تخلخل رنگدانه‌های سنتز شده به کمک روش‌هایی نظیر XRD، FESEM، جذب نیتروژن و طیف سنجی بازتاب نشر مورد ارزیابی قرار گرفت. رزین پیشنهادی برای این رنگ نیز از نوع سیلیکاتی است. 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. رنگدانه‌ی 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 مجله‌ی 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 هیأت 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.
