CENTRUL DE CERCETARE HYPERION

html> Untitled Document

Contract 81-048/2007




Contract 81-048/2007

TITLUL PROIECTULUI:
"Materiale inteligente cu nanostraturi adaptabile la mediu"

ACRONIMUL PROIECTULUI:
TEXTONAN

DURATA PROIECTULUI:
27 luni

REZUMATUL PROIECTULUI:


Proiectul se incadreaza in obiectivele programului 4, la directia 8, prioritatea tematica 8.4, obiectivul specific 8.4.6 Tehnici si tehnologii pentru protectia frontierelor terestre, maritime si aeriene
Proiectul vizeaza realizarea si aplicarea unor nanostraturi pe baza de materialelor inteligente pe diverse suprafete exterioare, in scopul camuflarii obiectelor acoperite si micsorarii contrastului fata de mediul ambiant. In felul acesta se diminueaza posibilitatile de detectare a suprafetelor respective, fapt care poate avea avantaje importante in misiuni de protectie a frontierelor sau in protectia personalului si a tehnicii in aplicatii militare. Deoarece spectrul de radiatii in care contrastul fata de mediul ambiant este destul de larg (vizibil, infrarosu si radar) proiectul prezinta o mare complexitate, necesitand o abordare multidisciplinara si înglobând cercetari de fizica radiatiilor, a polimerilor, a proceselor de transfer termic,a tehnologilor de realizare a materialelor textile si a nanotehnologiilor. Principalul scop al proiectului consta în realizarea unei tehnologii de varf care sa permita fabricarea unui produs inovativ pe plan national, cu impact asupra sigurantei si eficientei misiunilor de frontiera si militare. Scopuri suplimentare sunt legate de studii si cercetari fundamentale privind interactia radiatiei electromagnetice din domeniul microundelor, infrarosu, vizibil si ultraviolet cu suprafete cu molecule complexe de tip polimer, si obtinerea de rezultate analitice si numerice in aceasta directie, publicabile in reviste de renume.

Din punct de veder teoretic, pe plan mondial exista rezultate semnificative pentru tratarea prin metodele electrodinamicii cuantice a actului elementar de interactie a radiatiei electromagnetice cu sisteme atomice. Procesele vizate sunt de tip elastic (Rayleigh) si inelastic (Compton, fotoelectric, etc.), care, pentru zona de energii pana in ultraviolet pot fi tratate prin formalism nerelativist. Exista articole monografice [1], formule analitice [2,3] si coduri numerice [4,5] care dau amplitudinile si sectiunile eficace de imprastiere ale fotonilor pe electroni legati in paturile interioare ale atomilor, care dau contributiile cele mai importante. Exista de asemenea si incercari de tratare a acestor procese la nivelul moleculelor mai mult sau mai putin complexe, rezultatele cele mai promitatoare fiind asteptate de la structuri polimerice. Pe plan national exista de asemenea rezultate semnificative, unele de data foarte recenta, in studiul acestor procese, printre care se afla si rezultate obtinute de membri ai colectivului nostru, comunicate la conferinte internationale;

Acoperirea unor suprafete cu materiale polimerice duce la modificarea proprietatilor fizice ale acestora . Prin depunere controlata in procese de polimerizare in plasma , in diferite tipuri de reactoare (curent continuu, radiofrecventa ) sau geometri de depunere (GLAD) se pot obtine suprafete pe care se obtin structuri anometrice si micrometrice cu structura periodica , care de fapt controleaza proprietatile de suprafata.Toate aceste proprietati noi decurg din confinarea unui numar mic de macromolecule, care privite ca entitati structurale repetabile, se comporta diferit de structura de bulk ; in conditiile in care efectele sinergice pot fi controlate proprietatile macroscopice pot fi usor estimate si usor de obtinut. Vaporii organici pot fi polimerizati la temperatura joasa utilizand plasma. Polimerizarea in plasma poate fi folosita totodata pentru a produce filme de materiale organice care in conditii chimice normale nu polimerizeaza, deoarece aceste procese ar necesita reactii de ionizare sau disociere. Procesul de polimerizare in plasma ofera o serie de avantaje in comparatie cu sinteza conventionala a polimerilor: gazele folosite in atmosfera initiala nu trebuie sa contina neaparat gruparile functionale asociate in mod normal cu polimerizarea uzuala – nu este necesar ca monomerii sa aiba o dubla legatura, structura aromatica sau legaturi nesaturate - astfel incat practic toti compusii cu carbon (sau siliciu) pot fi polimerizati in plasma; datorita energiei inalte pe care electronii si ionii din plasma o au comparativ cu energia cu energia de legatura, structura chimica initiala a monomerului este adesea distrusa si se obtine un compus nou, pornind de la speciile atomice prezente; filmele polimere obtinute sunt coerente si aderente la o mare varietate de substraturi; polimerizarea se realizeaza fara a face apel la vreun solvent; pot fi obtinute filme cu o mare varietate de grosimi, de la cativa ?, pana la dimensiuni de ordinul micronilor. Tehnica GLAD (Glancing Angle Deposition), combinata cu metoda depunerii prin polimerizare in plasma ofera o cale foarte interesanta de obtinere controlata a filmelor subtiri tridimiensionale de scala nanometrica:
Din punct de vedere aplicativ, pe plan mondial se observa un interes crescut în domeniul echipamentelor de protectie a personalului si a tehnicii în diferite categorii de teren: împadurit, desertic, muntos, etc. Elementele urmarite în conceperea unor astfel de echipamente sunt: asigurarea unei protectii eficiente, confortul în utilizare, capacitatea de a asigura ventilatia obiectivului protejat. Pentru protectia personalului, echipamentele se prezinta sub forma unor costume (Figura 1 c). Acestea întrunesc o serie de parametri de protectie precum: îngreunarea detectiei în diferite categorii de teren, comoditatea, protectie fata de actiunea factorilor meteorologici. Tehnica si pozitiile fixe (cladiri, diferite instalatii) se protejaza cu ajutorul unor plase constituite din structuri textile. (Figura 1 a, b). Acestea ofera solutii de protectie pentru un spectru larg: vizibil, infrarosu si radar.
La ora actuala, unul dintre principalele dezavantaje ale acestor echipamente (structuri textile) de protectie consta în faptul ca se impune modificarea cromatica si a modelului, prin inlocuire, în functie de peisaj.
La baza realizarii unui bune protectii în spectrul vizibil (lungimea de unda cuprinsa între 400 nm si 760 nm) sta diminuarea posibilitatii de a fi perceput prin realizarea unui contrast dintre obiectul vizat si fundal cât mai mic.
“Ferestrele“ tipice de transmisie a atmosferei pentru radiatia infrarosie sunt 3 – 5 µm si 8 – 12 µm.
Observarile se pot face atât ziua cât si noaptea.
Imaginea se formeaza pe baza contrastului termic dintre diferitele corpuri ce se afla în aria scanata. Aceasta posibilitate de perceptie poate fi depasita prin încalzirea sau racirea echipamentului de protectie astfel încât contrastul termic în infrarosu sa fie minim.
O astfel de plasa de protectie multispectrala, consta dintr-o tesatura textila multistrat, astfel încât fiecare strat anuleaza capacitatile senzorului de recunoastere corespunzator unei anumite lungimi de unda. Tesatura este modelata (taiata) sub diferite forme si apoi este prinsa pe structura purtatoare. Aceasta nu are decât rol strict structural. Eficacitatea protectiei se bazeaza doar pe combinarea caracteristicilor tesaturii si a geometriei modelarii.
Echipamentele de protectie destinate spectrului infrarosu (fig. 2) sunt formate în mod curent din PVC, ceea ce le confera un coeficient ridicat de absorbtie a energiei solare. Eficacitatea este realizata de schimbul de caldura cu mediul înconjurator prin convectie si difuzie termica. Emisia în infrarosu a obiectivului protejat va fi stopata de caracteristicile tesaturii. Modelul geometric al decupajelor de pe structura textila este folosit diferit în functie de regiunile climatice. Pentru tinuturi cu vegetatie este de dorit realizarea unui flux convectiv ridicat, iar în tinuturile de desert optimul se realizeaza pentru un schimb de caldura prin convectie cât mai scazut. Mediul desertic este caracterizat de o scadere a temperaturii solului, pe timp de noapte, sub temperatura aerului.
Figura 2. Imagini în infrarosu ale unor vehicule neprotejate (stânga) si protejate (dreapta).
Dupa realizarea protectiei se observa faptul ca amprenta termica cea mai pronuntata este data de personal.