رویکردی نوین در شبیه‌سازی فاکتور انعکاسی پارچه‌های پوشش داده شده با نانوذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی نساجی- شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 گروه مهندسی نساجی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشکده فنی، گروه مهندسی نساجی- شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

پوشش‌دهی پارچه با نانوذرات به منظور ایجاد تغییر و اصلاح خصوصیات طیفی و انتشاری آنها فناوری جدیدی است که در سال‌های اخیر معرفی شده است. این روش حوزه جدیدی از منسوجات با کارایی بالا مانند استتار، پارچه‌های محافظ در مقابل پرتو فرابنفش، سلول‌های خورشیدی و منسوجات خنک‌کننده را تحت پوشش خود قرار می‌دهد. یکی از مهم‌ترین رویکردها در تخمین فاکتور انعکاسی این منسوجات استفاده از مدل‌های مختلف براساس تئوری مختصات گسسته می‌باشد که شامل مدل‌هایی نظیر کیوبلکا- مانک و چند پرتوی می‌شود. در این مدل‌ها غالبا از انعکاس سطحی الیاف، چشم‌پوشی شده و پارچه به صورت محیطی پیوسته در نظر گرفته می‌شود که خود منبع خطای بالایی است. تئوری کلاسیک هندسه نور از دیگر مدل‌هایی است که بطور گسترده برای پیشگویی فاکتور انعکاسی ذراتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که دارای ابعادی خیلی بزرگ‌تر از طول موج پرتو تابیده هستند. در این مدل محدودیت موجود در مدل مختصات گسسته وجود ندارد ولی برای پیشگویی رفتار انعکاسی نانوذرات مناسب نمی‌باشد. با توجه به اینکه پارچه‌های پوشش داده شده سیستمی متشکل از موادی با ابعاد میکرومتر و نانومتر هستند، در این تحقیق یک مدل نظری بر اساس تئوری کلاسیک هندسه نور برای مطالعه 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 می‌شود. دقت مدل پیشنهاد شده با استفاده از پارچه پلی‌استر پوشش داده شده با نانوذرات دی اکسید تیتانیم ارزیابی شد و نتیجه مقایسه نتایج حاصل از مدل و داده‌های آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده نشانگر موفق بودن مدل پیشنهادی بوده و روش نوینی را برای اندازه‌گیری انتقال پرتو از محیط‌های شامل اجزایی با اندازه‌های متفاوت معرفی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Novel Approach in Simulation of Spectral Reflectance of Nanopigment Coated Fabrics

نویسندگان [English]

  • N.` Piri 1
  • A. Shams nateri 2
  • J. Mokhtari 3
1 Textile Engineering Department, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Department of Textile Engineering, Faculty of Engineering, University of Guilan
3 Textile Engineering Department, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Coating of fabrics with spectrally selective nanopigments, in order to manipulate their optical properties, has been introduced in recent years. This method presents a new field in high performance textiles which covers high technological aspects such as UV protective fabrics, Solar cells and cool fabrics as well. One of the most important approaches in prediction of reflectance factor of coated fabrics is based on Discrete Ordinate Method (DOM), namely, Kubelka-Munk or Multi Flux Model, where the fabric is considered as a continuous medium consists of a dispersion of nanopigments. However, ignored surface scattering on interfaces causes considerable error. Geometric optic, on the other hand, is utilized widely for prediction of spectral behavior of particles with very large dimension compared with incident wavelength. The model lacks limitation of DOM but is not appropriate for nanopigments of small diameters. According to the fact that, coated fabrics are systems consists of nano and micron sized materials, a theoretical model is proposed in which radiative properties of micro particles are described using Geometric Optic, and those for nano and submicron sized particles are described using Mie scattering theory. Subsequently, the experimental realization of proposed model has been conducted on Titanium dioxide nanopigments coated on polyester fabrics, and the successful comparison of the proposed model with experimental results confirms its suitability, and introduces a rather new procedure in the field of radiation transfer through mixed beds of elements with extremely different sizes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mie scattering theory
  • Geometric optic
  • Coated fabrics
  • Nanopigments

مراجع

1. م. رستمی، ر. امینی، بررسی اثراصلاح سطحی نانو ذرات آلومینا با وینیل سیلان برخواص فیزیکی مکانیکی رزین وینیل استر. نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1395)10، 246-233.
2. آ. زمانی، ع. دهقانی، س. ح. میرحسینی، ل. شریفی، ارزیابی تأثیرافزودن نانوذرات کاربیدسیلیسیم وآلومینا برخواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی یورتان. نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1395)10، 176-169.
 
3. R. Dastjerdi, M. Montazer, A review on the application of inorganic nano-structured materials in the modification of textiles: Focus on anti-microbial properties. Colloid Surface B. 79 (2010) 5-18.
4. A. Shams Nateri, A. Oroumei, S. Dadvar, A. Fallah-Shojaie, Gh. Khayati, O. Emamgholipur, antibacterial nanofinishing of cotton fabrics using silver nanoparticles via simultaneous synthesizing and coating process. Syn React Inorg Met. 41(2011)1263-1267.
5. M. Rastgoo, M. Montazer, R. M. A. Malek, T. Harifi, M. M. Rad, Ultrasound mediation for one-pot sonosynthesis and deposition of magnetite nanoparticles on cotton/polyester fabric as a novel magnetic, photocatalytic, sonocatalytic, antibacterial and antifungal textile. Ultrason. Sonochem. 31(2016), 257–266.
6. M. Norouzi, L. Maleknia, Photocatalytic Effects of Nanoparticles of TiO2 in order to design self-cleaning textiles. Asian. J. Chem. 22(2010), 5930-5936.
7. B. Acar, L. Budama, Ö. Topel, N. Hoda, Synthesis of ZnO nanoparticles using PS-b-PAA reverse micelle cores for UV protective, self-cleaning and antibacterial textile applications. Colloids Surf. A. 414(2012) 132-139.
8. ح. احمدی، ا. صالحی کاخکی، ع. عابد اصفهانی، رابطه رنگ ودرخشش فلزی با اندازه نانوذرات فلزی در تزئینات زرین فام. نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1395)11، 77-69.
9. M. Baneshi, H. Gonome, Sh. Maruyama, Cool black roof impacts into the cooling and heating load demand of a residential building in various climates. Sol. Energy Mater. Sol. Cells.152(2016), 21–33.
10. M. Baneshi, Sh. Maruyama, A. Komia, The effects of TiO2 pigmented coatings characteristics on temperature and brightness of a coated black substrate. Sol. Eng. 86(2012), 200–207.
11. N. Piri, A. Shams-nateri, J. Mokhtari, Solar spectral performance of nanopigments. Sol. Energy Mater.Sol. Cells.162( 2017), 72–82.
12. A. Shams-nateri, Scattering behavior of nonabsorbing metallic nanoparticles. Opt. Laser Technol. 44(2012), 1670–1674.
13. K. T. Mehta, Estimation of the Kubelka—Munk scattering coefficient from single particle scattering parameters. Dyes Pigm. 30(1997), 59-66.
14. M. Senthilkumar, N. Selvakumar, R. Shamey, The effect of humidity, fabric surface geometry and dye type on the colour of cotton fabrics dyed with a select range of anionic dyes. Dyes Pigm. 90(2011), 225-232.
15. C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, .JOHN WILEY & SONS, 1983
16. E. Hope Allen, G. Goldfinger, The color of absorbing scattering substrates i.the color of fabrics. J Appl. Polym. Sci. 16(1972), 2973-2982.
17. M. Baneshi, H. Gonome, A. Komia, Sh. Maruyama, The effect of particles size distribution on aesthetic and thermal performances of polydisperse TiO2 pigmented coatings: Comparison between numerical and experimental results. J. Quant. Spectrosc. Radiat.Transfer. 113(2012), 594–606.
18. M. Baneshi, Sh. Maruyama, H. Nakai, A. Komia, A new approach to optimizing pigmented coatings considering both thermal and aesthetic effects. J. Quant. Spectrosc. Radiat.Transfer. 110(2009), 192–204.
19. M. Abbasipour, M. K.Mehrizi, Investigation of changes of reflective behavior of cotton/polyester fabric by TiO2 and carbon black nanoparticles. ScientiaIranica F., 19(2012), 954–957.
20. N. Piri, A. Shams-Nateri, J. Mokhtari, The relationship between refractive index and optical properties of absorbing nanoparticle. Col. Res. Appl. 41(2016), 477-483.
21. M. Xu, R. R. Alfano, More on patterns in Mie scattering. Opt. Commun. 226 (2003), 1–5.
22. ن. پیری، پیشگویی فاکتور انعکاسی پارچه پوشش داده شده با نانوذرات دی اکسیدتیتانیم، پایان نامه دکتری، دانشگاه گیلان، ایران، 1396. .
علوم و فناوری رنگ
دوره 12، شماره 3
آذر 1397
صفحه 229-240

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار