تهیه نانو پوشش های شب تاب پایه ایی

دوازدهمین دوره از پروژه ‌های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال ‌های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ‌ها  و ایده ‌های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ‌ها یاری نموده اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده ‌های جالب ، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور،  زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح ‌های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: تهیه نانو پوشش های شب تاب پایه ایی و سازگار با محیط زیست با زمان نورتابی بالا برای مصارف صنعتی و هنری

نام ارائه دهنده/دهند گان: حنانه اکبری، پریسا قاسمی و حنانه ملکی

زمینه و نوع پروژه: زیست شناسی

درجه سختی: متوسط

نام مدرسه: الغدیر

مقدمه

ترکیبات نورتاب از جدیدترین دستاوردهای علم شیمی است که به علت اهمیت و کاربرد زیاد در صنعت، هنر، علائم ایمنی و... جایگاه خاصی را در جهان امروز پیدا کرده است. دانشمندان علم شیمی پس از سال ها تحقیق روی کمپلکس های معدنی پی به ترکیباتی بردند که الکترون های لایه والانس آن ها در اثر قرار گرفتن در مقابل نور برانگیخته شده و به سطوح بالاتر انرژی انتقال پیدا می کنند و در زمانی که منبع نور قطع می شود الکترون ها باگذشتن از لایه های مختلف انرژی به حالت پایه خود بر می گردند که این عمل با ساطع شدن نور همراه است.

نسل جدید این مواد ترکیب خاصی از اکسیدهای آلومینیوم می باشد و در ساخت آن از هیچ گونه مواد رادیو اکتیو یا سمی نظیر فسفر استفاده نشده است در نتیجه این مواد سال ها عمر کرده و جذب و نشر نور را به دفعات نامحدود انجام می دهند و تماس با آن ها هیچ گونه ضرری ندارد. با پیشرفت نانو فناوری، استفاده از نانو رنگدانه ها در تهیه رنگ گسترش زیادی پیدا کرده است. به همین دلیل، نانو رنگدانه های شب تاب به شکل ذرات کروی با قطر متوسط 80 تا 100 نانومتر، با افزایش سطح ذرات توانایی جذب و ذخیره بیشتر نور در روشنایی و در نتیجه ساطع کردن نور به مدت طولانی تر در تاریکی را دارند. به علاوه، مقدار رنگدانه مصرفی تا رسیدن به خواص مطلوب را تا مقدار قابل توجهی کاهش می دهند.

به عنوان مثال، مقدار مناسب رنگدانه شب تاب با ابعاد 30 تا 60 میکرون در حدود 40 درصد وزنی بوده در حالی که استفاده از نانو ذرات شب تاب این مقدار را به 10 تا 15 درصد وزنی کاهش می دهد.

رنگ آکریلیک، رنگی شیمیایی با خواص دوام و درخشندگی بالا بوده که نخست در صنعت اتومبیل سازی به کار رفت و اخیراً نیز در انواع نقاشی ‌ها مورد استفاده قرار گرفته ‌است. رزین های آکریلیک به دو دسته پایه حلال آلی و حلال آبی تقسیم می شوند. خصوصاً آن دسته که به آسانی در آب حل می ‌شود، زود خشک می‌ شود و سطحی سخت و آسیب ناپذیر به وجود می ‌آورد. این نوع رنگ دارای خواص: قابلیت شستشو، سرعت خشک شدن بالا، سهولت اجراء و قابل رقیق شدن با آب، مقاومت فوق العاده در برابر سایش، مقاومت در برابر اشعه خورشید یا uv یا نور ماوراء بنفش، سازگار با محیط زیست، قدرت پوشانندگی بسیار عالی، بدون بوی نامطبوع و عدم ایجاد حساسیت است.

از جمله مواد اصلی در تهیه رنگ های آکریلیکی عبارت اند از: رزین امولسیونی آکریلیکی، مواد افزودنی ضد کف و رنگدانه و آب. ضد کف ها مواد شیمیایی هستند که برای پیشگیری از ایجاد کف به کار می روند و همچنین کف های ایجاد شده را می شکنند. این مواد با ناپایدار کردن لایه های مواد فعال در سطح با اضافه کردن دیگر مواد فعال در سطح و ایجاد فواصل بین مولکولی بین مواد فعال در سطح که تولید لایه های بین سطح کرده اند، حباب های کف را از بین برده و به تخلیه هوای محبوس در حباب کف می انجامد. مواد فعال در سطح کشش سطحی و بین سطحی محلول های آبی را کاهش می دهند و کف ایجاد شده حین اختلاط را از بین می برند.

هدف دانش آموزان از پژوهش حاضر تهیه نانو پوشش های شب تاب پایه ایی و سازگار با محیط زیست با زمان نورتابی بالا برای مصارف صنعتی و هنری بود. بنابراین جهت دستیابی به اهداف پژوهش به صورت زیر عمل کردند:

روش

یک فرمول بندی پیشنهادی برای تهیه رنگ شب تاب نانویی عبارت است از:

رزین امولسیونی آکریلیکی: 70 درصد وزنی

رنگدانه نانو شب تاب: 15 درصد وزنی

ضد کف: 5 درصد وزنی

آب: 10 درصد وزنی

با ترکیب این مواد با یکدیگر و اختلاط آن ها بین 30 دقیقه تا یک ساعت با استفاده از هم زن دستی و یا هم زن مغناطیسی و مطمئن شدن از عدم وجود حباب های کف در مخلوط، می توان رنگ حاصل را به سطوح مورد نظر با استفاده از قلمو، غلطک و یا رولر اعمال نمود. بهتر است که سطح انتخاب شده برای اعمال رنگ کاملا سفید بوده و هیچ گونه عبور نور از سطح پشتی نداشته باشد، به عبارتی پشت پوشی آن بسیار بالا باشد. این امر باعث می شود که رنگ شب تاب از پشت سطح منعکس نشده و کیفیت بالاتری داشته باشد. به علاوه به منظور دستیابی به چسبندگی مناسب بهتر است که سطح از جنس ورق های پلاستیکی آکریلیکی باشد که با رزین مورد استفاده در تهیه رنگ هم خوانی داشته باشد و همچنین قبل از اعمال رنگ کاملا تمیز و عاری از هر گونه گرد و غبار و ناخالصی باشد.

مهارت ‌های کسب شده

1. روش ایده یابی (بارش مغزی)

2. مهارت کار در آزمایشگاه (رعایت نکات ایمنی)

3.  آشنایی با مهارت کاربرد ابزار و وسایل مورد نیاز

4.  آشنایی با پروپوزال نویسی

5. آَشنایی با مقاله نویسی

6. آشنایی با تهیه پاورپوینت

7. آشنایی با نحوه جستجوی اطلاعات

8. آشنایی نحوه فیش برداری

9. مهارت ساخت پوستر علمی

10. مهارت انجام کارگروهی

11. آشنایی با انواع رنگ ها

12. آشنایی با انواع نانوپوشش های شب تاب

تنظیم کننده: محبوبه همت