بخشی از مقاله
چکیده
پوشش دهی پارچه با نانوذرات به منظور ایجاد تغییر و اصلاح خصوصیات طیفی و انتشاری آنها فناوری جدیدی است که در سالهای اخیر معرفی شده و حوزه جدیدی از منسوجات با کارایی بالا مانند پارچه های محافظ در مقابل پرتو ماوراء بنفش، سلول های خورشیدی و منسوجات خنک کننده را تحت پوشش خود قرار می دهند. یکی از مهمترین رویکردها در تخمین فاکتور انعکاسی این منسوجات استفاده تئوری کلاسیک هندسه نور می باشد که برای ذراتی مورد استفاده قرار می گیرد که دارای ابعادی خیلی بزرگتر از طول موج پرتو تابیده هستند. ولی به دلیل محدودیت موجود در آن، برای پیشگویی رفتار انعکاسی نانوذرات مناسب نمی باشد .
با توجه به اینکه پارچه های پوشش داده شده سیستمی متشکل از موادی با ابعاد میکرومتر و نانومتر هستند، در این مقاله یک مدل نظری بر اساس تئوری کلاسیک هندسه نور برای مطالعه ی انتقال پرتو از پارچه های پوشش داده شده با نانوذرات پیشنهاد شد که در آن خصوصیات تابشی ذرات با ابعاد نانومتر و زیرمیکرومتر توسط تئوری انتشار می و خصوصیات تابشی الیاف توسط تئوری هندسه نور توصیف می شود. دقت مدل پیشنهاد شده با استفاده از پارچه پلی استر پوشش داده شده با نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم ارزیابی شد و نتیجه مقایسه نتایج حاصل از مدل و داده های آزمایشگاهی اندازه گیری شده نشانگر موفق بودن مدل پیشنهادی می باشد.
-1 مقدمه
یکی از جدید ترین کاربردهای نانوذرات در تکمیل کالاهای نساجی، اصلاح خصوصیات نوری منسوجات می باشد. مطالعات مختلف نشان می دهند که فاکتور انعکاسی سطوح در اثر پوشش دهی با نانوذرات تغییر می کند. علت این موضوع این است که پرتو تابیده شده زمان برخورد با سطح، ابتدا به لایه ی پیگمنتی برخورد می کند و با توجه به خصوصیات انتشاری لایه ی پیگمنتی دچار انعکاس، انتقال و جذب می شود.
پرتو منتقل شده از لایه ی پیگمنتی در مرحله بعد به سطح برخورد کرده و با آن برهمکنش ایجاد می کند. با توجه به متفاوت بودن خصوصیات انتشاری پیگمنت مورد استفاده نسبت به سطح مورد مطالعه، برآیند انعکاس از سطح پوشش داده شده دارای تفاوت هایی با مقدار انعکاس از سطح بدون پوشش خواهد بود2]؛.[1 مدل هندسه نور یکی از مدل هایی است که بطور گسترده برای پیش بینی خصوصیات نوری اجسامی که دارای ابعادی خیلی بزرگتر از طول موج پرتو تابیده هستند، مورد استفاده قرار گرفته است.
[3] بر این اساس، در دهه ی 70 میلادی روش جدیدی توسط آلن و گلدفینگر برای تخمین فاکتور انعکاسی منسوجات تدوین شد که در آن پارچه بصورت آرایه ای از سیلندرهای ایزوتروپیک رنگین و طول بینهایت در نظر گرفته می شوند که در لایه های مشخص و معینی آرایش یافته اند .[4] از طرف دیگر، پارچه های پوشش داده شده با نانوذرات مجموعه ای متشکل از ذراتی با ابعای میکرومتر - الیاف - و نانومتر - نانوپیگمنت ها - می باشند که با توجه به محدودیت های موجود در مدل، نمی توان تئوری کلاسیک هندسه نور را به شکل اولیه آن، روی این منسوجات پیاده نمود.
به همین دلیل در کار تحقیقی پیش رو یک روش نوین جهت شبیه سازی فاکتور انعکاسی پارچه پوشش داده شده با نانوذرات پیشنهاد شد که بر اساس مدل کلاسیک هندسه نور بوده و در آن خصوصیات تابشی نانوذرات با استفاده از تئوری انتشار می محاسبه می شود. جهت ارزیابی عملکرد مدل پیشنهاد شده، فاکتور انعکاسی پارچه پلی استر پوشش داده شده با ذرات دی اکسیدتیتانیوم با قطرها و غلظت های مختلف به روش آزمایشگاهی محاسبه شد و این نتایج با نتایج حاصل مدل مقایسه گردید.
-2 بخش مدلسازی
جهت محاسبه فاکتور انعکاسی منسوج پوشش داده شده با نانوذرات از یک روش نوین بر اساس مدل هندسی، که اولین بار توسط آلن و گلدفینگر ارائه شد، استفاده شده است. در مدل اولیه، پارچه بصورت آرایه ای از سیلندرهای ایزوتروپیک رنگین، که دارای قطری خیلی بزرگتر از طول موج پرتو تابیده می باشند، در نظر گرفته می شود. با توجه به شکل 1a فرض می شود که بخشی از پرتوهای تابیده شده به الیاف به سمت بالا منتشر می شوند، s، که شامل مجموع پرتوهایی است که از سطح لیف و یا پس از چند شکست و انعکاس داخلی به سمت بالا منتشر شده اند - به عنوان مثال پرتوهای is1 و . - is4 به طور مشابه، t بخشی از پرتو است که به سمت پایین منتشر می شود.
در پارچه های عمل نشده، فرض بر این است که، دولایه از الیاف روی هم قرار دارند. پرتو با شدت i0، با زوایای مختلف به آرایه فوقانی الیاف برخورد می کند. با توجه به شکل 2a، بخش s از پرتو از الیاف رو به بالا منعکس شده و بخش t از آن در جهت پایین منتشر می شود و به الیاف تحتانی برخورد می کند. بطور مشابه، بخش ts از پرتو از الیاف تحتانی به سمت بالا منتشر شده و به الیاف لایه فوقانی برخورد می کند و بخش t2 از سمت دیگر الیاف خارج می شود.
