محققان مهندسی مواد کشورمان با استفاده از فناوری نانو، نانورنگدانه‌هایی با میزان انعکاس نور بالا به منظور تولید رنگ کنترل گرمایی سفید ماهواره‌ها سنتز کردند.

 امروزه نانوذرات اکسید روی در صنایع گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از زمینه‌های کاربردی اصلی آن‌ها صنایع رنگ‌سازی است. در این تحقیق نیز تلاش شده است که نانوذرات اکسید روی با اندازه ذره‌ای بسیار مناسب، ساختار یکنواخت و خلوص بالا تهیه شود. هدف این محققان دستیابی به بالاترین میزان انعکاس نور این نانوذرات بوده است.

لازم به ذکر است که مهم‌ترین کاربرد رنگدانه‌های اکسید روی جهت استفاده در رنگ کنترل گرمایی سفید در سطوح خارجی ماهواره و سایر پوشش‌های حفاظتی است. رنگ‌های کنترل گرمایی سفید با اتکا بر خواص نوری و حرارتی خاص خود، میزان گرمای دریافتی از خورشید و انتشار حرارت به محیط فضا را کنترل می‌کنند؛ به گونه‌ای که دمای سامانه همواره زیر 100 درجه سانتی‌گراد نگه‌ داشته می‌شود.

نرگس کیومرثی‌پور، کارشناس ارشد مواد از دانشگاه صنعتی مالک اشتر و محقق طرح، در خصوص مطالعات صورت گرفته، اظهار کرد: به طور کلی یکی از پارامترهایی که به شدت خواص نوری یک رنگدانه را تحت تأثیر قرار می‌دهد، اندازه‌ی آن است. به همین سبب با توجه به تأثیر اندازه بر خواص نوری، شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی از پودر اکسید روی را تولید و خواص آن را مورد ارزیابی قرار دادیم. همچنین خلوص و ساختار نانوذرات تولید شده نیز از دیگر موارد ارزیابی شده در این مطالعات بوده است.

وی تصریح کرد: در این پژوهش یک ساختار جدید و مناسب از رنگدانه اکسید روی به عنوان جایگزینی برای اکسید روی قدیمی معرفی شده است. این ساختار جذب خورشیدی کمتر و بازتاب بالاتری نسبت به نمونه‌های متداول مورد استفاده در ماهواره‌ها دارد. با استفاده از این روش، به دلیل نیاز به رنگدانه کمتر، وزن پوشش و سامانه و نهایتاً هزینه‌های تولیدی کاهش می‌یابد.

محقق طرح تصریح کرد: نانو رنگدانه‌های اکسید روی در این تحقیق به روش هیدروترمال ساخته شده‌اند. هزینه تولید پایین‌تر، خلوص بیشتر ماده‌ی سنتز شده و کاهش آلودگی محیطی از مزیت‌های روش استفاده شده است.

وی با بیان این که روش پیشنهادی، ساده، اقتصادی و دارای بازده بالاست، گفت: با توجه به مواد اولیه‌ی ارزان قیمت و هزینه‌ی پایین تجهیزات مورد نیاز در روش پیشنهاد شده، امکان تجاری سازی این طرح با سرمایه‌گذاری اولیه‌ی بسیار پایین وجود دارد.

کیومرثی‌پور در ادامه افزود: ساخت این نانوذرات بدون استفاده از هیچ ماده‌ی افزودنی، سورفکتانت، قالب و یا حلال‌های آلی و تنها با تغییر دمای واکنش صورت گرفته است. این در حالی است که در منابع مطالعه شده چنین حالتی وجود نداشته و همواره از یک ماده‌ی اضافی نیز استفاده شده است. یکنواختی نانو ذرات از نظر اندازه و ساختار نکته‌ی بسیار مهمی در تهیه‌ی پودرهای سنتز شده است. ساختار جدید معرفی شده، رنگدانه‌ی اکسید روی تزئین شده با نانوذرات است.

محقق طرح گفت: این محصول علاوه بر صنایع تولید رنگ، در جاذب‌های فرابنفش، تجهیزات نوری، حسگرهای گازی، فتوکاتالیست‌ها، پوشش‌های رسانای شفاف و سلول‌های خورشیدی نیز قابل استفاده است.

به گفته‌ی کیومرثی‌پور، میزان انعکاس ذرات رنگدانه بویژه در پوشش‌ها، خاصیتی است که با اندازه‌ی آن‌ها رابطه مستقیم دارد. نتایج این پژوهش نشان داده است که نانوذرات اکسید روی با اندازه‌ای 0/25 تا 0/35 میکرومتر، به دلیل این که اندازه‌ی آن‌ها برابر با نصف طول موج نور برخوردی است، دارای بیشترین میزان بازتاب در نواحی مرئی و مادون قرمز نزدیک هستند. از طرف دیگر میزان جذب فرابنفش ذرات نیز حاکی از آن است که ذرات با اندازه حدود 100 نانومتر، بیشترین میزان جذب تابش فرابنفش را دارند.

نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری نرگس کیومرثی‌پور و دکتر رضا شجاع رضوی دانشیار و عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر شاهین شهر است، در مجله‌ی Ceramics International منتشر شده است.