Program cercetare de excelenţĂ

Yüklə 75,86 Kb.

tarix	23.01.2018
ölçüsü	75,86 Kb.
	#40452

Program MATNANTECH - CEEX

Contract nr. 105 / 2006

REZUMAT PUBLICABIL

Faza 2 / 30.05.2007

Titlul proiectului:

Fundamentarea sinergiei dirijate a nano-/microcomponentelor integrate în materiale textile compozite, în scopul asigurării unor funcţii inteligente ale echipamentelor de protecţie pentru medii agresive
Obiective fază:

II. Fundamentarea teoretica a proceselor fizice si chimice desfasurate la interfata mediu – echipament de protectie

III. Studii de simulare a manifestarii sinergiei componentelor in structura materialelor textile compozite, pentru asigurarea functiilor inteligente

1. Fundamentarea proceselor de transfer (termic si de masa) prin straturi complexe, in conditii statice si dinamice

Cerinţele de protecţie şi de confort sunt adesea contradictorii iar rolul proiectantului şi al tehnologului este să realizeze o îmbrăcăminte de protecţie care să confere cel mai ridicat nivel protector şi totodată cel mai bun confort la purtare.

Fenomene fizice de reglare a echilibrului termic a corpului

Conducţia termică este procesul de transfer de căldură prin contact direct între două suprafeţe dacă există o diferenţă de temperatură. Densitatea de flux termic transferat printr-un strat este dată de legea l a lui Fourier:

(kcal/m² h)

unde:  reprezintă coeficientul de conductivitate termică a materialului textil,

- grosimea stratului de material textil;

t_i, t_e - temperaturile pe suprafaţa interioară, respectiv exterioară a stratului de material;

R_t - rezistenţa termică a stratului de material,

Radiaţia termică reprezintă o formă particulară a transferului de căldură în care purtătorul de energie este reprezentat, conform teoriei clasice, de undele electromagnetice. Densitatea de flux termic radiant are expresia:

(kcal/m² h)

unde : α_r - coeficientul de transfer de căldură radiantă

t_pf, t_sl – temperaturile la periferia ansamblului, respectiv pe suprafeţele limitatoare

1.2. Factori de corecţie a indicatorilor de izolaţie termică a îmbrăcămintei

În calcule termice riguroase se recomandă particularizarea pe zone de corp distincte, prin corecţia datelor iniţiale ale calculului.

Factorul de corecţie a formei (f),

, pentru suprafeţe plane;

, pentru suprafeţele tubular-cilindrice

, pentru suprafeţele de formă sferică

Vântul care „curge” este un factor cheie în pierderile termice. Rezistenţa termică sumată se cere corectată conform unei expresii de forma:

în care : c - reprezintă căldura specifică a aerului, J/kg⁰C; P_a- permeabilitatea la aer a îmbrăcămintei corespunzătoare unei anume diferenţe de presiune ( şi implicit unei anumite viteze a vântului), m³/m²s; R_sum,0 - rezistenţa termică sumată a îmbrăcămintei în lipsa ventilării (condiţii staţionare), m^{2 o}C/W.

1.3. Absorbţia şi transferul umidităţii

Difuzia vaporilor

Dacă primul strat din îmbrăcăminte trebuie în principal să tamponeze şi să absoarbă bine umiditatea de pe suprafaţa pielii, cel de-al doilea strat şi următoarele trebuie să permită în principal difuzia particulelor fine de umiditate prin spaţiile libere din material (pori) înspre mediul ambiant. Expresia debitului de vapori ce traversează stratul de material este:

unde: coeficientul de permeabilitate la vapori a materialului textil difuzat, grosimea materialului; Δp – diferenţa de presiuni parţiale a vaporilor

1.4. Interacţiuni între transferul de căldură şi de umiditate

În ordinea importanţei, capacitatea de absorbţie şi transfer a umidităţii se plasează imediat după capacitatea de izolare termică, iar între ele există o interdependenţă ce poate fi evaluată printr-un indicator adimensional numit indice de permeabilitate la căldură şi umiditate (i_m).

Se observă că indicele de permeabilitate la căldură umedă depinde de: viteza vântului v, rezistenţa la radiaţia termică R_r, rezistenţa termică echivalentă R_E, rezistenţa totală la trecerea vaporilor a sistemului de îmbrăcăminte R_v,tot.

2. Fundamentarea comportarii materialelor textile in camp electric si electromagnetic

2.1. Comportarea dielectricilor stratificati in camp electric variabil

La o tensiune variabila, in caz de echilibru stationar, distributia campului electric este descrisa de relatia care poate fi scrisa sub forma:

In aceasta relatie: E_1m si E_2msuntamplitudinile campurilor, si - conductivitatea conductivitate complexa, iar- constanta dielectrica sau permitivitatea electrica. Se poate observa ca distributia campului in regim stationar coincide cu cea din momentul initial, fapt care permite formularea unei concluzii importante si anume la tensiuni variabile, intr-un dielectric cu pierderi distributia campului este similara cu distributia care apare la tensiune continua intr-un dielectric ideal. Deci, un dielectric real (cu pierderi) si stratificat la frecvente mai inalte, din punct de vedere a distributiei campului se comporta ca un dielectric ideal in regim constant.

2.2. Caracteristici dielectrice ale materialelor textile si limite impuse pentru aprecierea capacitatii de sudare

Capacitatea de sudare a unui polimer este apreciata prin puterea pierderilor dielectrice care se transforma in caldura care, asa cum s-a demonstrat, depinde de doua caracteristici de material, respectiv constanta dielectrica  si tangenta unghiului de pierderi, tg. O conditie de baza a sudarii este ca valoarea tg sa fie mai mare de 0,01.

Un alt factor important de influenta asupra caracteristicilor dielectrice este temperatura. Se recomanda pentru tg o dependenta de temperatura de forma:

unde: A, B₀ si B –coeficienti de proportionalitate ai constantei de timp  in raport cu temperatura.

Schema echivalenta a unui material compozit, stratificat

entru materialele textile se poate defini si o caracteristica suplimentara numita factor de sudare, k:

2.3. Influenţa porozităţii suportului textil asupra constantei dielectrice şi a factorului de pierderi

Acest studiu a fost sugerat de constatarea că, deşi natura polimerului de acoperire era aceeaşi, o serie de materiale se comportau diferit la sudarea prin CIF. Prima concluzie a fost, că influenţa decisivă o are grosimea totală a materialului compozit (substrat textil şi polimer de acoperire). Se poate formula astfel concluzia preliminară că permitivitatea dielectrică are o tendinţă de creştere invers proporţională cu porozitatea stratului utilizat ca suport. Această constatare poate fi demonstrată şi teoretic impunând următoarele ipoteze:

materialul compozit (stratificat) se asimilează cu două condensatoare legate în serie C_p şi C_s. Condensatorul C_p are ca dielectric polimerul de acoperire iar C_s are ca dielectric materialul suport.
datorită structurii poroase se consideră materialul suport constituit din volume alternative de aer şi masă fibroasă.
se notează q procentul din suprafaţa materialului ocupată de pori. Acest coeficient va fi utilizat pentru corectarea distanţei dintre plăcile condensatoarelor C_a şi C_f.

Relaţia de calcul a constantei dielectrice pentru materialul compozit este:

3. Fundamentarea proceselor optice la suprafata materialelor compozite

3.1. Reflexia si refractia radiatiilor optice

Procesul de generare a undei reflectate se numeste reflexie, iar procesul de generare al undei transmise se numeste refractie.

Prin reflexie si refractie se produce divizarea undei incidente primare. Daca in vecinatatea suprafetei de separatie nu se produc fenomenele de difuzie si de absorbtie, atunci putem scrie urmatoarele relatii pentru un punct de pe suprafata de separatie:

d_r = R.d_i; d_t= T . d_{i ;}d_i= d_r + d_t

unde: d_{i -}marimea fluxului fasciculului incident ; d_r - marimea fluxului fasciculului reflectat; d_t - marimea fluxului fasciculului transmis; R - factorul de reflexie al suprafetei al suprafetei de separatie; T - factorul de transmisie al suprafetei de separatie

In conditiile impuse, respectand legea de conservare a energiei, putem scrie: T + R = 1

Se poate demonstra, de asemenea, ca la trecerea dintr-o substanta in alta frecventa undei electromagnetice nu se modifica. Se mai poate arata ca prin reflexie si refractie un fascicul de radiatii monocromatice nepolarizat se divide in doua fascicule total coerente.

Fenomenul de reflexie totala este fenomenul de reflexie in care toata energia transportata de fasciculul de radiatii incident este transmisa fascicului reflectat.

Fenomenul de reflexie totala se produce daca sunt indeplinite urmatoarele conditii:

unda incidenta sa se propage in substanta de indice de refractie mai mare.
unghiul de incidenta sa fie mai mare decat unghiul limita, care pentru doua substante, poate fi calculat folosind formula l = arc sin

3.2. Fenomenul de fluorescenta

Spectrele de fluorescenta pot fi reprezentate in diferite coordonate. In primul caz in ordonata se poate lua numarul de fotoni (cuante) emisi de substanta intr-o secunda si raportat acest numar la un interval de lungimi de unda egal cu unitatea (d Q / dλ). In abcisa se ia lungimea de unda.

In al doilea caz in ordonata se poate lua numarul de fotoni (cuante) emisi de substanta intr-o secunda si raportat acest numar la un interval de frecvente egal cu unitatea (d Q / dν). In abcisa se ia frecventa radiatiilor emise.

Mai poate fi si a treia situatie.In ordonata putem lua energia emisa de substanta intr-o secunda, adica energia transportata de radiatia fluorecenta, raportata la un interval de lungimi de unda egal cu unitatea (dE / dλ). In abcisa se ia lungimea de unda.

3.2. Cerinţe privind echipamentele de protecţie HV

Materiale de bază fluorescente

Materialele de bază sunt materialele folosite la realizarea produsului vestimentar.. Alegerea culorii pentru un anumit produs se face considerăndu-se următoarele aspecte:

1. Mediul natural

2. Mediul de lucru

3. Culoarea, tipul şi modelul benzilor reflectorizante

4. Factorul de recunoaştere

Materiale (benzi) reflectorizante

Există două tipuri de materiale reflectorizante: cu microsfere de sticlă şi cu microprisme.

Materialele reflectorizante cu microprisme prezintă avantajul unor suprafeţe de reflexie mai mari în comparaţie cu microsferele, ceea ce le sporeşte factorul de luminanţă. Funcţie de valoarea coeficientului de reflexie, materialele reflectorizante se pot grupa în două clase: clasa 1, pentru care valoarea minimă a coeficientului de retro-reflexie este de 250 cd/lx m², respectiv clasa 2, pentru care coeficientul de retro-reflexie minim acceptat este 330 cd/lx m². Ambele valori au fost considerate pentru un unghi de observare de 12’ (0,2⁰) şi un unghi de incidenţă de 5⁰.

4. Fundamentarea proceselor optice la suprafaţa materialelor textile compozite

4.1. Studiul fenomenelor fizice care apar la interactiunea stratului de protectie (metalic, oxidic, polimeric sau compozit) cu radiatia electromagnetica: UV, IR, VIZ

Experimentele care iau in considerare interacţiunea stratului de protecţie cu radiaţia pot fi împărţite în trei categorii:

a) Aplicaţii ale pigmenţilor fotocromici prin printare pe materialul textil - PTP

b) Aplicaţii ale pigmenţilor fotocromici prin vopsirea în masaă - NWT

c) Studiulcomportării pigmenţilor fotocromici în soluţie - PPS

Pentru că relaţia dintre revenirea culorii după expunere şi concentraţia agentului colorant nu este liniară, în măsurătorile de culoare a fost evident folosită relaţia între funcţia Kubelka-Munk (K/S) şi concentraţie şi respectiv intensitatea culorii, I. Schimbarea intensităţii culorii, I, a fost definită de următoarea ecuaţie:

Pentru descrierea comportării cinetice a senzorilor de UV s-a folosit modelul cinetic de clasă I descris de următoarele ecuaţii:

Expunere: ; Relaxare:

S-a stabilit un nou mod de reprezentare grafică a relaţiei dintre intensitatea (culorii) şi timpul de expunere şi respectiv de revenire, reprezentat de aria histerezisului intensităţii culorii, H_P.

Aranjamentele experimentale au permis folosirea diferitelor surse de iluminare. Figura de mai jos prezintă rezultatele pentru soluţii de pigmenţi fotocromici (PPS) şi strat subţire mprimat (tipărit)(PTP) pe substrat textil.

a) b)

Modificări ale poziţiei culorii în funcţie de sursa de iluminare: a) PPS , b) PTP

- fără iluminare;

- lampă de descărcare Germicid;

- lampă cu mercur;

-combinaţie

Dependenţa liniară a histerezisului de culoare, H_p, de iluminare demonstrează posibilitatea construirii unor senzori bazaţi pe textile flexibile pentru identificarea intensităţii raduaţiei. S-a pus în evidenţă si diferenţa dintre pigmenţii fotocromici din soluţii şi cei printaţi pe textile. Funcţiile bi-exponenţiale, utilizate în calculul H_p, descriu într-un mod adecvat cinetica de schimbare a intensităţii culorii pigmenţilor fotocromici.

O altă direcţie de cercetare actuală constă în dezvoltarea unor fibre fotoadaptive care să prezinte modificări optice reversibile şi modificări în reflectivitatea termică.

Sistemele polimerice conţinând mici particole metalice sunt sisteme atractive deoarece se aşteaptă să prezinte proprietăţi fotoadaptive, particolele metalice fiind generate sub acţiunea luminii şi dispar la întuneric. Conceptual aceste sisteme lucrează în mod similar cu sticlele fotocromice oxidice. Polimerii fotoadaptivi pot fi de mare interes în reflectarea radiaţiei IR intense. Sticlele polimerii fotocromice actuale bazate pe coloranţi nu pot fi utilizate în astfel de scopuri din cauza slabei reflectivităţi a radiaţiei IR şi lipsei stabilităţii termice a coloranţilor. Un sistem fotoadaptiv modern, care a fost dezvoltat de curând , conţine ioni AuCl₄^- sau PdCl₄^2- incorporaţi în polimeri legaţi în clorură de dialildimetilamoniu (DADMAC). Aceştia sunt fotoreduşi formând particole de Au sau Ag monodimensionale. Oxidarea cristalitelor la temperatura camerei în întuneric conduce la reformarea complecşilor metalici.

5. Modelarea conceptuala a functiei de asigurare a etanseitatii

La nivelul echipamentului de protectie, etanseitatea este asigurata prin :

impermeabilitatea straturilor (stratul de baza sau unul intermediar) ;
etanseitatea propriu-zisa a imbinarilor.

Impermeabilitatea este definita ca proprietatea unui material de a nu putea fi strabatut de un fluid. Din punct de vedere al capacitatii de respingere a lichidelor se pot pune in evidenta doua grupe de materiale:

1.materiale simple, constituite la nivel macroscopic dintr-o singura componenta de baza;

2. materiale compozite, constituite din cel putin doua componente diferite.

In functie de structura macroscopica materialele textile compozite sunt:

compozite de tip matrice – faza dispersa (materialul complementar este dispersat in matrice);
compozite stratificate (materialul complementar este dispus pe suprafata matricei care in acest caz se poate denumi suport);
dublu - compozite (materiale obtinute prin stratificare, materialul complementar fiind la randul sau un compozit de tip (a)).

5.1. Modele structurale ale materialelor acoperite prin stratificare

Din punct de vedere al orientarii relative in produsul de imbracaminte, materialele compozite obtinute prin stratificare pot fi:

cu stratul de acoperire spre exterior – reprezentativi pentru aceasta grupa sunt inlocuitorii de piele. Aceste materiale prezinta capacitate mare de decontaminare si/sau curatire, fiind recomandate pentru protectie antichimica si antiparticulara.
cu stratul de acoperire spre interior – sunt utilizate in special pentru produse impotriva intemperiilor.

Din punct de vedere al numarului de straturi se pot pune in evidenta:

materiale simplu stratificate – sunt constituite din doua straturi, dintre care unul este materialul textil utilizat ca suport. Din aceasta grupa fac parte majoritatea

materialelor acoperite pe o singura parte (exclusiv cele cu strat de acoperire complex, obtinut prin combinarea mai multor straturi individuale) si materialele laminate din doua straturi (2L). Sunt prezentate schematizat variantele structurale ale produselor de imbracaminte in care sunt utilizate materiale laminate 2L. Acestea pot fi utilizate ca material de baza, ca strat intermediar intre materialul de baza si captuseala sau drept captuseala.

materiale multistratificate constituite din cel putin trei straturi distincte, in acest sens fiind evidentiate doua tipuri:

materiale laminate 3L cu structura tip "sandwich" (fig.7) utilizate in special pentru imbracamintea tehnica (EPI pentru pompieri) si utilitara (uniforme militare, pentru politisti, industriale).
materiale cu strat de acoperire complex, realizate pe principiul materialelor dublu – compozite. In fig.8 este prezentata structura schematizata a materialului ENTRANT GII impermeabil la apa / aer si permeabil la vapori, in a carui structura se pot pune in evidenta straturi cu o configuratie diferita a porilor.

Structura schematizata a materialului ENTRANT GII

Material laminat 3L

1-material de baza (strat exterior); 2-polimer de laminare; 3-captuseala

5.2. Modele tehnologice pentru etansare

Etanseitatea reprezinta capacitatea unei imbinari de a nu permite trecerea fluidelor. In functie de caracteristicile materiei prime si de dotarea tehnica se pot pune in evidenta doua modele tehnologice de obtinere a imbinarilor etanse:

Tratarea cu agent de etansare, cu scopul de a acoperi perforatiile rezultate pe suprafata materialului in urma procesului de coasere.

Prin sudare Conditia de baza pentru desfasurarea procesului de sudare este prezenta in zona de asamblare a cel putin unui polimer termoplast care in prezenta campului termic devine fluid - viscos, fapt care faciliteaza mobilitatea interna, respectiv posibilitatea de deplasare si difuzie a lanturilor macromoleculare cu refacerea unor noi legaturi

Criteriul principal de diferentiere este totusi modul de realizare a incalzirii materialelor supuse sudarii, definitivarea operatiei fiind determinata in mare masura de geometria organelor de lucru si de modul de actionare a acestora.

6. Modelarea conceptuala a functiei de reglare activa a transferului termic

6.1. Îmbrăcămintea de protecţie faţă de mediu excesiv de cald

Mediul fizic înfruntat de pompieri reprezintă una din cele mai complexe condiţii de expunere care se referă la tipul de risc termic, cantitatea de energie şi durata de expunere termică. Astfel, tipul de risc termic poate fi: radiaţia termică; foc deschis cu scântei; suprafeţe fierbinţi; substanţe topite.

Fluxul de căldură radiantă este exprimat ca o sumă a trei componente:

undereprezintă constanta Stefan-Boltzman, _g_mşi _f – sunt emisivităţile gazului fierbinte, ale materialului şi ale focului din capul arzător, T_g, T_m, T_a, şi T_f – temperaturile gazului fierbinte, a materialului (partea exterioară expusă la foc), a aerului şi a focului din capul arzător, F_a şi F_f – factorii care ţin seama de geometria materialului şi caracterizează stratul de aer şi focul, A_m şi A_f – ariile suprafeţelor materialului şi respectiv a capului arzător

Se obţine un model fizic de analiză a comportării sistemului de îmbrăcăminte în condiţii de foc.

. Transferul de căldură şi procesul de evaluare a arsurii cu manechinul instrumentat

6.2. Îmbrăcămintea de protecţie faţă de frig

Frigul este un risc pentru sănătatea omului, el poate afecta funcţiile fiziologice, performanţa de muncă şi bunăstarea acestuia.

Bilanţul termic al corpului se poate descrie prin ecuaţia:

şi se consideră atins când S este zero.

Ecuaţia de corecţie a izolaţiei termice totale ce ţine seama de viteza vântului şi permeabilitatea la aer a straturilor de materiale este:

unde: I_t,r este izolaţia termică totală reală, corectată,

I_t,static - izolaţia termică totală în condiţii statice,

v – viteza vântului, m/s,

w- viteza de deplasare a individului, m/s,

P_a – permeabilitatea la aer, l/m²s.

6.3. Modelul termic şi modelul tensiunilor

Există două variante de a transfera temperaturile dintr-o analiză a căldurii (staţionară sau tranzitorie) într-un model al tensiunilor: metoda „”directă”, când modelul termic şi cel al tensiunilor sunt identice, respectiv metoda „indirectă”, când există o serie de diferenţe intre cele două modele.

Modelul realizat cu ajutorul elementelor finite

In vederea analizei termice a materialelor textile compozite au fost create un număr de patru modele cu elemente finite care vin sa modeleze următoarele situaţii reale:

- in conditii severe de frig (temperaturi negative cu valori cuprinse intre -30 si -40 °C):

a). model care să cuprindă două straturi: 4,9mm material textile şi 4,1 mm aer

b). model care să cuprindă două straturi: 8,2mm material textile şi 6,8 mm aer

- in conditii severe de caldura (temperaturi pozitive cu valori cuprinse intre +35 şi 45 °C):

c). model care să cuprindă două straturi: 3mm material textile şi 2,5 mm aer

d). model care să cuprindă două straturi: 4,9mm material textile şi 4,1 mm aer

Plecând de la aceste considerente au fost relizate modele care cuprind un număr de 2928 elemente finite tridimensionale de tip “brick” şi de 4396 de noduri. Aceste elemente finite au fost împărţite în două grupe: grupa 1 – culoare verde - materializează stratul de aer – avem un număr de 1464 elemente; grupa 2 – culoare roşie – materializează materialul textile cu un număr de 1464 elemente.

Prezentarea modelelor realizate cu elemente finite

6.4. Modelarea încălzirii unui element cu memoria formei folosind metoda bond-graph

Modelul bond-graph al fenomenului de încălzire al unui element cu memoria formei se construieşte cu ajutorul a trei elemente bond-graph: primul element este o sursă ideală de temperatură S_e care modelează fluidul care se află în jurul elementului cu memoria formei şi care furnizează temperatura T₁=T_A, al doilea element este un element capacitiv care înmagazinează energia termică, având capacitatea termică

[J/K], unde m [kg]este masa elementului cu memoria formei iar c_p [J/kgK] căldura specifică la presiune constantă a elementului cu memoria formei, iar al treilea element este un element rezistiv R care modelează stratul limită din jurul elementului cu memoria formei având rezistenţa termică

, unde

este coeficientul de transfer termic prin convecţie iar S_A este suprafaţa elementului cu memoria formei.

Pe baza acestui graf se construieşte schema bloc reprezentată.

Fig. 6. Schema bloc

În final se ajunge la o schemă bloc ce poate fi desenată direct în Simulink unde simulările pentru diverse valori ale parametrilor se realizează extrem de simplu printr-o simplă modificare a unor valori numerice. Pentru exemplificare s-a prezentat un exemplu numeric corespunzător unui element cu memoria formei sub formă de arc. Modelul permite studierea influenţei tuturor parametrilor constructivi în scopul luării celor mai potrivite decizii pentru proiectarea elementului.

7. Modelarea conceptuală a funcţiei de ecranare faţă de radiaţiile electromagnetice

7.1. Studiul influentei naturii si grosimii stratului de protectie: oxidic, polimeric sau compozit in ecranarea fata de radiatiile electromagnetice.

Dependenţa de coeficienţii de reflexie şi transmisie a coeficienţilor dispozitivelor fabricate din fibre compozite au fost măsurate ca funcţie de frecvenţa radiaţiei electromagnetice. S-au studiat proprietăţile de ecranare ale fibrelor sintetizate utilizând activarea cu Pd sau metoda de chemisorbţie, a materialelor fabricate din fibre conţinând Co şi a structurilor multistrat absorbante EMR.

Proprietăţile de ecranare ale fibrelor compozite sunt investigate într-un domeniu larg defrecvenţă. S-a determinat că eficienţa de ecranare a materialului ce conţine fibra compozită creşte cu frecvenţa radiaţiei electromagnetice. Materialul ce conţine Ni a demonstrat o mai mare stopare a EMR ca urmare a reflexiei componentei electrice a undei. Abilitatea de reflexie înaltă a materialului compozit conductiv este controlată de diferenţa de rezistenţă a spaţiului liber şi a dispozitivului de ecranare.

Coeficientul de transmisie a materialului compozit format din fibre cu clustere de Co în funcţie de frecvenţa EMR

Schema unui scut electromagnetic flexibil bazat pe materiale compozite

Materialele ce conţin Ni prezintă un coeficient de reflexie mai ridicat decât materialul compozit preparat prin chemisorbţie. Eficienţa de ecranare a materialelor ce conţin Ni este în mod tipic peste 20 dB, în domeniul de frecvenţă de la 20 -118 GHz. Materialele ce conţin Co prezintă o eficienţă de ecranare mai joasă decât cele care conţin Ni, însă se adaptează mai bine la spaţiul liber (coeficientul de reflexie este mai mic). Coeficientul de reflexie al acestor materiale nu depăşeşte 10 dB şi prezintă un comportament nerezonant în domeniul de microunde. S-a demonstrat că prin folosirea fibrelor ce conţin Co ca strat de adaptare (matching)în structurile EMR absorbante, eficienţa de ecranare creşte până la 79 dB.

8. Modelarea conceptuala a functiei de comunicare (receptare, transmitere, monitorizare)

8.1. Modele conceptuale ale functiei de vizibilitate (cresterea vizibilitatii).

Modele care utilizeaza fenomenul de reflexie

Figura de mai jos ilustrează principiul retroreflexiei în cazul suprafeţelor reflectorizante, folosind modelul optic geometric. Axa de referinţă este linia proiectată perpendicular pe suprafaţa reflectorizantă, care este folosită pentru a determina unghiul de intrare β şi unghiul de observare α. Unghiul de observare α este definit ca unghiul dintre axa de iluminare (raza de lumină) şi axa de observare (linia între vehicul şi suprafaţa reflectorizantă). Luminozitatea suprafeţei reflectorizante depinde de unghiul de observare α.

Principiul geometric al funcţionării suprafeţelor reflectorizante

Modele care utilizeaza fenomenul de luminiscenta

Exploatarea fenomenelor de luminiscenţă se realizează prin utilizarea propagării radiaţiei de-a lungul miezului fibrelor pentru a excita moleculele sau cristalele emitente sau prin iradierea externă a fibrelor cu radiaţie naturală sau UV. Polimerii luminiscenţi/fluorescenţi sunt o clasă de compuşi macromoleculari studiaţi intensiv şi extensiv datorită proprietăţilor lor. Strategiile de încorporare a polimerilor fotovoltaici deschid posibilităţi variate pentru textilele inteligente şi vor încuraja concurenţa creatoare.

În categoria polimerilor conductori pentru aplicaţii în industria textilelor se înscriu şi cei cu proprietăţi de tranzistori organici cu efect de câmp (OFET), polimeri care au fost intens studiaţi în ultimii 15 ani datorită proprietăţilor lor semiconductoare şi mecanice excelente, care îi fac atractivi pentru industria de electronice flexibile. Au fost realizaţi OFET fibrilari sau chiar transparenţi pe baza unor filme flexibile şi transparente de poliester care asigură nu doar suportul dispozitivului, ci asigură şi izolaţia pentru întreaga structură OFET.

Se studiază şi alţi polimeri conductori pentru aplicaţii în acest domeniu al textilelor care emit în spectrul UV-viz. Un exemplu concludent este cel al unor filme supramoleculare polare luminiscente (1-3) cu structuri complexe. S-a demonstrat că filmele, cu grosimi de 20 şi 110 m, îşi păstrează polaritatea globală şi prezintă o puternică fotoluminiscenţă atunci când sunt excitate cu radiaţie UV cu lungimea de undă de 365 nm.

8.2. Modele conceptuale ale functiei de vizibilitate (diminuarea vizibilitatii)

Modelul propus foloseşte nano tuburi de carbon şi se bazează pe comportamentul caractiţei, care îşi modifică culorile la nivelul pielii pentru a evita detectarea de către potenţialii prădători.

Camuflajul poate imita aspectul mediului înconjurător prin modificarea semnalelor către nano tuburi de carbon, care modifică imaginea. Senzorii optici pot prelua o imagine de fundal, procesorii de la nivelul nano tuburilor alegând o imagine presetată similară sau, dacă nu există, creând un model care să fie similar fundalului.

Cu ajutorul unor conexiuni într-un substrat flexibil sau folosind o reţea de conexiuni wireless, nanotuburile pot face legătura între senzori, procesori şi dispozitivele de culoare.
Bibliografie selectiva

E. Hu, A. Kaynak, Y. Li, Synth. Met. 2005, 150, 139-143.
C. Y. Wang, A. M. Ballantyne, S. B. Hall, C. O. Too, D. L. Officer, G. G. Wallace, Journal of Power Sources 2006, 156, p. 610.
F. C. Krebs, M. Biancardo, B. Winther-Jensen, H. Spanggard, J. Alstrup, Solar Energy Materials and Solar Cells 2006, 90, p. 1058.
J. Spigulis, OPN, oct. 2005, 34-39.
L. Cianga, I. Cianga, F. Tanasa, C. Loghin in Proceedings of International Conference BRAMAT 2007, Braşov, Romania, 2007 (CD).
C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, Adv. Funct. Mater. 2001, 11(1), 15-28.
F. C. Krebs, M. Biancardo, B. Winther-Jensen, H. Sapngaard, J. Alstrup, Solar Energy Materials and Solar Cells 2006, 90, 1058-1067.
http://www. risoe.dk/solarcells/designskole.htm
F. C. Krebs, J. E. Carle, N. Cruys-Bagger, M. Andersen, M. R. Lilliedal, M. A. Hammond, S. Hvidt, Solar Energy Materials and Solar Cells 2005, 86, 499-516.
S. E. Shaheen, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, J. C. Hummelen, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841.
F. C. Krebs, J. Alstrup, H. Spangaard, K. Larsen, E. Kold, Solar Energy Materials and Solar Cells 2004, 83 293-300.
R. D. Arthur, E. S. Frederick, US Patent 631278.
R. V. Gregory, R. J. Samuel, T. Hanks, National Textile Center Annual Report (USA), 2001, M98 C01
P. Bamfield, Chromic Phenomena: Technological Application of Colour Chemistry, Royal Society of Chemistry Ed., 2002.
J. Homola, http://www.screenweb.com/index.php/channel/6/id/1425/
C. M. Lampert, Glas Science and Technology, 2002, 75, 244-252
K. Jiyuuji, N. Nobuyasu, JP Patent 62177254.
Front Cover, Future Materials, 2006, 2. M. Orth, J. M. Berzowska, US Patent 20032241
With the amiability of the International Fashion Machine http://www.ifmachines.com/fashion.html