بسم الله الرحمن الرحیم
نانوتکنولوژی در معماری
مقدمه:
باتوجه به افزایش روزافزون تولید گازهای گلخانه ای و گرم شدن کرهٔ زمین و به خطر افتادن محیط زیستو اهمیت پایداری انرژی و تولید انرژی های پاک حضور معماری در این عرصه بسیار مهم و قابل توجه می باشد. امروزه معماری پایدار در تمام زمینه های مربوطه از مسایل روز دنیای معماری می باشد که فناوری نانو در این زمینه نقش پررنگی را بخصوص از طریق مواد و مصالح مصرفی ساختمان می تواند ایفا کند. این نقش بطور مثال در چگونگی پراختن به این موارد که چطور می توان به کمک فناوری نانو مواد و مصالحی با استحکام بیشتر سبک تر و ارزان تر را نسبت به مواد فعلی در اختیار داشت چگونگی مقاوم کردن بیشتر مواد و مصالح در برابر تغییرهای جوی و باران های اسیدی و خوردگی های ناشی از واکنش های شیمیایی در حین اجرا و ساخت عایق کردن مواد ومصالح در برابر گرما و سرما و صوت در جهت کاهش مصرف انرژی و اینکه فناوری نانو در این زمینه ها به چه دستاوردهایی رسیده و یا خواهد رسید مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین استفاده از مواد و مصالح هوشمند و حتی خود ترمیم به کمک این فناوری بررسی نانو تیوب ها و نانووایرها و نقش آن ها در جهت بهبود مسایل فوق و همچنین استفاده از حسگرهای زیستی برای درک محیط اطراف و دستاوردهای این فناوری روز دنیا در جهت تولید و نور که در ساختمان ها و فضای معماری بسیار دارای اهمیت می باشد
خلق پوشش هایی به ضخامت یک اتم متشکل از ابرمتریال های انرژی زا که هم چون لباسی، ساختمان را در بر خواهند گرفت، معماران را قادر می سازد ساختمان هایی پیچیده با قوس هایی ظریف طراحی کنند که حمل کننده باتری های خورشیدی هستند؛ استودیوهای شخصی و تلفن های خورشیدی می توانند انرژی "لباس ساختمان" را برای شارژ باتری های خود در اختیار بگیرند. نانوکامپوزیت ها که از متریال های رایج مانند استیل، بتن، شیشهو پلاستیکبه دست می آیند، کارایی،پایداری، و نسبت طول به وزن مصالح را بهبود می بخشند. نانولوله های کربنی، نورپردازی کوانتوم دات ها و نانوسنسورهادر تعامل با یکدیگر محیط را حس می کنند، برنامه ریزی می شوند، انرژی را به هم تبدیل می کنند و در نهایت با هم ساختمانی قوی تر، باهوش تر و با حساسیت محیطی بیشتر تولید خواهند کرد.
این چشم انداز بی نظیر دست یافتنی است؛ زیرا ذرات رفتارهای متفاوتی در مقیاس نانو دارند، فضایی که قوانین فیزیک کوانتوم بر آن حاکم است. در دنیای کوانتوم می توان رنگ، فرام و ظاهر اشیا را بسیار ساده تر از مقیاس ماکرو تغییر داد. خواص بنیادین مواد نظیر استحکام، نسبت سطح به جرم، رساناییو الاستیسیته می توانند طوری طراحی شوند که مصالح متفاوت و مهیجی را خلق کرد. دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما با ساخت میکروسکوپ در سال ۱۹۸۱ توسط پژوهشگرانشرکت آی بی ام، این امکان به دانشمندان داده شد که برای اولین بار اتم ها، مولکول ها و پستی و بلندی ها در مقایس جهان نانو را ببینند. درک ماهیت مواد و چگونگی ساختارهای آنها همیشه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است . مواد علاوه بر اینکه جزء مواهب طبیعت به شمار می آیند ، در ساخت وسایل و تامین احتیجات انسان نقش عمده ای دارند . علم هم به تناسب پیشرفتی که در چند سال اخیر داشته ،توانسته است دیدگاه درستی از ماده و توانایی های آن پیدا کند به گونه ایکه اکنون با بررسی زمینه های اتمی و زیر اتمی مواد و عناصر، امکان ساخت و بنا گذاری مدل های جدیدتری از مولکول ها فراهم شده است . در این نوشتار کاربردهای این فناوری را مورد بررسی قرار می دهیم . با این امیدکه شما نیز از فناوری معرفی شده نهایت استفاده را داشته باشید .
نانوتکنولوژی چیست ؟
بشر از همان ابتدای تاریخ توجهی به ساختارهای خیلی بزرگ و یا خیلی کوچک نداشته ، بلکه تمامی همت خود را معطوف ساخت و ساز در محدوده ی عادی و مورد دسترس نموده است.
برای اینکه تصور جامع تری نسبت به موضوع ارائه دهیم می توانیم از سیستم SI یادکنیم ، در این سیستم واحد طول متر انتخاب شده و دیگر اندازه های طولی از آن مشتق می شوند . بشر در ابتدا نه توانایی این را داشت که به محدوده های دیگر وارد شود و نه لزوم کار در چنین محدوده هایی را احساس می کرد . اما این روند که انسان تا به دیروز دنبال می کرد ، دیگر جواب گوی نیاز بشر امروزی نیست . هر چند با اختراع ترانزیستور ها و … توانسته ایم تا حدودی وارد میکروالکترونیک شده و از آن بهره مند شویم با این وجود برای ساخت کامپیوترها به مشکل برخورد کرده ، مشکلی به بزرگی کوچک کردن اندازه در حد اتمی که تقریبا تمام استراتژیهای حل این مسئله به نوعی با نانوتکنولوژی در ارتباط می باشند.
و اما نانوتکنولوژی که در بالا اشاره کردیم ، این واژه ی عجیب که از ترکیب نانو به معنای عدد نه و همچنین تکنولوژی ساخته شده است ، چه مفهومی را می رساند … ؟! نه فناوری ؟ تکنولوژی عدد نه ؟
خیر در حقیقت نانو در این واژه مخفف نانومتر و یا در کل اندازه ی ۹-۱۰ متر است .که تلفیق آن با نانوتکنولوژی مفهومی کلی را در بر می گیرد، به هر کاری که در اندازه ی اتمی و مولکولی انجام شود نانوتکنولوژی اطلاق می شود و هیچ نوع تفاوتی وجود ندارد که یک پروژه ی زیست شناسی باشد و یا اینکه برای درک ماهیت اتم و ساختن یک ساختمان اتمی صورت گیرد و خوشبختانه نانوتکنولوژی توانسته محققان رشته های مختلف را به سوی خود بکشاند . دانشمندان به اهمیت کار در این محدوده پی برده اند و امروزه شاهد فعالیت گروه های مختلف تحقیقاتی هستیم که پیشرفت های حاصله از کار آنها گویای پتانسیل های بالای نانوتکنولوژی است .
برای اینکه مفصل تر با کاربردها و تاثیراتی که روند کوچک سازی بر زندگی و پیشرفت دنیا خواهد داشت پی ببریم ، بهتر است سفری به ۴۵ سال پیش داشته باشیم . زمانی که ریچارد فاینمن فیزیک دان آمریکایی در حال ارائه ی ایده های اولیه ی خود در باب نانوتکنولوژی بود . ابتدایی ترین آنها کوچک سازی تمامی بیست و نه جلد دایره المعارف بریتانیا است ، وی که فضای موجود برسر سوزن را بهتر از افراد دیگر می دید ( زیرا فیزیک دان ذرات بنیادی بود ) به دانشمندان این نوید را داد که می توانند این کتاب را بر سر یک سوزن جای دهند .چرخ دنده های اتمی و غیره نیز از جمله مباحث پیشنهادی توسط فاینمن به شمار می آیند . این قبیل
پیش بینی ها زمینه ای شد برای یکی از جوان ترین نانوتکنولوژیست ها به نام اریک درکسلر ،او با نوشتن کتب متعدد توانست نظرات خود را به دیگران انتقال دهدو به افراد مشتاق کوچک سازی ایده و هدف ارائه کند .
درکسلر کسی بود که اولین بار پژوهشگران را با روبات های شناور در جریان خون بدن انسان که می توانستند به انجام عمل جراحی و درمان بیماریهای انسان بپردازند ، آشنا ساخت . این روبات های مولکولی شناور در جریان خون بدن همانند اختراع تلفن برای برخی از مردم ناراحت کننده بودند ، ولی به هر حال مشخص است که ماشینهایی از این دست انجام بسیاری از عمل های جراحی و نیز درمان بیماریهای خطر آفرین را تسهیل میکرد . هم اکنون موسسات مختلفی در سراسر جهان مشغول تحقیق بر روی این نوع ماشینها هستند .
به موازات پیش بینی های ذکر شده برخی دیگر از ایده های ا فراطی خطر ناک نیز شکل گرفته اند ، که هر چند تعدادی از آنها با حقائق علمی امروز منطبق نیست ، اما می توان ثابت کرد که نانوتکنولوژی دستیابی به آنها را آسان می نماید. مثلا رنگی هوشمند که می تواند بسته به شرایط محیطی تغییر ماهیت دهد ، و یا اینکه لاستیکی که تا مدت زمان زیادی فروسوده نشود اینها ایده هایی هستند که امکان دستیابی به آنها زیاد بعید نیست . اما ساختن ماده ای به نام Gray goo که در صورت کنترل نکردن صحیح آن می تواند در عرض هفتاد و دو ساعت تمامی جهان را احاطه کند باعث به وجود آمدن ترس و واهمه در میان جوامع نسبت به نانوتکنولوژیست ها و اهدافشان شده است .
در هر صورت ما برای اینکه مجبور نباشیم هر روز صبح داندانهایمان را مسواک بزنیم به نانوتکنولوژی و ساخت مولکول به مولکول آینده نیازمندیم ؟!!
فناوری نانو چیست؟
نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا به عبارت دیگر ، ساخت اشیاء در سایزهای اتم به اتم، مولکول به مولکول توسط روبات های برنامه ریزی شده در مقیاس نانومتریک است و نانومتر یک میلیاردم متر است .
جمهوری اسلامی ایران و فناوری نانو
جمهوری اسلامی ایران، فناوری نانو را به عنوان اولویت اصلی فناوری کشور انتخاب نموده و برای آن برنامه ریزی می کند. تشکیل ستاد ویژه توسعه فناوری نانو با هدف برنامه ریزی بلند مدت و نظارت بر تحقق اهداف نیز در همین راستا می باشد.بر اساس بند ب ماده ۴۳ برنامه چهارم توسعه کشور، دولت باید در سال اول برنامه، سند جامع توسعه فناوری نانو را به تصویب برساند که تدوین این سند توسط ستاد انجام شد و در حال ارائه به هیات دولت می باشد .
نانو تکنولوژی و میکرو الکترونیک
دانش میکروالکترونیک امروزه گسترش چشمگیری پیدا کرده است . طبق تئوری scaling که در شرکت IBM مطرح شد ، کاهش ابعاد ترانسیزتور CMOS منجر به بهبود سرعت ، قیمت و توان مصرفی می شود
بنابراین سایز ترانزیستورها هر ۳ سال به طور متوسط ۰٫۷ برابر کوچکتر شده است اما به دلیل قوانین مکانیک کوانتوم محدودیت تکنیک های ساخت ممکن است . از کاهش بیش از این از لحاظ اندازه در ترازیستورهای FET معمولی جلوگیری شود و در یکی دو دهه آینده با روش های متداول ساخت در ابعاد زیر ۵۰ نانومتر متوقف شود به این ترتیب کوچک سازی عناصر مدارها تا به حد نانومتری حتی در اندازه مولکولی محققان را به سمتی سوق می دهد که در جهت افزایش قدرت و کارایی ترانزیستور ها خیلی بیشتر از حالت معمولی فعالیت می کنند دستگاههای نانومتری جدید می توانند در دو حالت سوییچ و آمپلی فایر ایفای نقش می کنند با وجود این بر عکس FET های امروزی که عمل آنها بر اساس جابه جایی اجرام الکترونها در حجم ماده می باشند دستگاههای جدید بر اساس پدیده مکانیکی کوانتومی عمل می کنند و در اندازه نانومتری ظاهر می شوند.
در سیستم های مجتمع فوق العاده فشرده امروزی ULSI که ضخامت اکسید گیت آنها به چند لایه اتمی می رسد .
تفاوت اساسی میان تکنولوژی ULSI و نانوتکنولوژی تفاوت میان روش پیاده سازی "بالا به پایین " و " پایین به بالا "برای تولید یک محصول است در روش بالا به پایین مساله اصلی هزینه بسیار زیاد کوچک تر کردن ابعاد ترانزیستورها با روش لیتوگرافی است ، در حالی که هدف اصلی تکنولوژی ULSI کاهش هزینه ها بر بیت در حافظه ها و هزینه بر سوییچ در مدارات منطقی بوده است. از آن سو در روش پایین به بالا انتظار می رود که با استفاده از روش های پیچیده شیمیایی و طراحی مولکولی بتوان بلوک های پایه سیستم را پیاده سازی کرد .
اما مساله اصلی یکنواختی و قابلیت اطمینان سیستم در مقیاس وسیع است . اگر بتوان معماری فعلی مدارات مجتمع را بر اساس روش پایین به بالا و با قابلیت اطمینان بالا پیاده کرد ، نانو تکنولوژی اهمیت فوق العاده در توسعه صنعت IC پیدا میکند.
در تکنولوژی ULSI از آنجایی که کارآمدی سیستم مورد نظر است بیشترین درجه آزادی در طراحی سیستم و سپس طراحی مدار وجود دارد ، لذا فرآیند ساخت و ادوات نیمه هادی مثل ترانزیستورها کمترین تنوع را دارند . متقابلا در نانو تکنولوژی بلوکهای پایه متنوعی با کارآمدی بالا وجود دارند در حالی که معماری سیستم وارتباط بین بلوک ها به خوبی در نظر گرفته نشده است .
به هر حال دو روش برای توسعه نانو الکترنیک متصور است . روش اول آن که نانو تکنولوژی با تکنولوژی موجود ULSI ترکیب شود . تلفیق رشته هایی مثل بیوتکنولوژی و الکترونیک ترکیب بازار صنعت داروسازی و صنعت نیمه هادی و نهایتا پیاده سازی سیستم های مجتمع که از مواد و اجزا متنوعی تشکیل شده اند از نتایج این روش به شمار می ایند. روش دوم آن که نانوتکنولوژی جایگزین تکنولوژی ULSI شود .این در صورتی مقدور خواهد بود که بتوان سیستم های فعلی را با کارکرد بهتر و قیمت پایین تر به روش پایین به بالا پیاده سازی کرد.
نتیجه:
آنچه که مسلم است، الکترونیک مولکولی دارای آینده ای درخشان است و با آهنگ بسیار سریعی در حال رشد و تکامل است. از این رو توجه خاصی را می طلبد . نتایج عملی رشد و توسعه شاخه های نانوتکنولوژی مانند نانوالکترونیک سبب ساخت تجهیزاتی خواهد شد که در مقایسه با گذشته اختلاف فاحش داشته و نسل کاملاً جدیدی با قابلیت های منحصر به فرد خواهد بود . نانو لوله ها و DNA به عنوان دو ابزار کارآمد در تولید محصولات نانوالکترونیک از اهمیت خاصی برخوردارند، ولیکن در این میان DNA به دلیل داشتن خواص محلی و وجود آن در بدن موجودات زنده از اهمیت بیشتری برخوردار است . نانوتکنولوژی و شاخه های کاربردی آن در علوم مختلف مانند نانوالکترونیک به عنوان پدیده هایی نوظهور هنوز قبل از تجاری سازی محصولاتشان، احتیاج به پیشرفت در هر دو زمینه علمی و تکنولوژیکی را دارد. با توجه به اینکه هم اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار وجود دارد پیش بینی اینکه کدامیک از محصولات آینده بهتری دارند (از نظر رقابتی) نیاز به بررسی بیشتر شاخصهای این فناروی در بخشهای صنعت و زیرمجموعه های این فناوری دارد.
آینده زیر سایه نانو
نانو فناوری در تعریفی بسیار ساده ، یعنی تکنولوژی هایی که در ابعاد نانومتری عمل می کنند. نانومتر واحد اندازه گیری است و برابر یک میلیاردم متر یا ۱۰به توان ۹-متر است . اندازه اتم ها و مولکول ها در این محدوده قرار دارد، بنابراین با ورود به این فضای کوچک بشر می تواند در نحوه چینش و آرایش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایی متفاوت با آنچه تاکنون وجود داشته است بپردازد.
تولید نانو تیوب های کربنی (ساختارهای لوله ای کربنی) ماده ای در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانو ذرات می توان سطوح خود تیزشونده یا همیشه تمیز ساخت و ربایش مغناطیسی را چندین برابر کرد. لاستیک های با عمر بالای ۱۰ سال و دارورسانی به تک سلول های آسیب دیده در بدن از توانایی هایی است که بشر به مدد نانوفناوری به آن دست یافته است.
اگر بپذیریم که نانو فناوری توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح اتمی و مولکولی و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهیم یافت که کاربردهای این فناوری در حوزه های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی ، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی ، محیط زیست و امنیت ملی خواهد بود به گونه ای که به زحمت می توان عرصه ای را که از آن تاثیر نپذیرد معرفی کرد.
هرچند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانو تکنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به طور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین و باورنکردنی نانوفناوری در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر همگی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهم ترین اولویت های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب کنند. لذا محققان ، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه و وضعیت خویش را درباره این موضوع مشخص کنند و با یک برنامه ریزی علمی و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی دراین جایگاه ابراز وجود کنند.
زیرا بسیاری از صاحب نظران و محققان، نانوفناوری را مساوی آینده دانسته اند به عبارت دیگر می توان گفت، اولویت کشور، هر صنعت و فناوری که باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنیای جدید نمی توان در آن صنعت و فناوری حرفی در دنیا زد. ماهیت فرارشته ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولیدمواد، ابزارها و سیستم های جدید با دقت اتم و مولکول، موجب کاربردهای بسیار زیادی در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است.
برای مثال در بخش پزشکی و بهداشت از زمینه های کاری بسیار مهم نانوفناوری، سیستم توزیع دارو درداخل بدن است . مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمی است در حالی که سلول های خاصی از بدن نیازمند آن هستند ، در روش جدید دارو با وسایل تزریق متفاوت با امروزه، به صورت مستقیم به سمت سلول های مشخص جهت گیری شد و دارو به محل نیاز تحویل داده می شود. از نظر دفاعی نیز این فناوری برای کشورها هم فرصت و هم تهدید است. به لحاظ کاربردهای زیاد این فناوری گرایش زیادی در بخش دفاعی کشورها به تحقیق و توسعه صورت گرفته است.
این کاربردها از لباس های مانع خطر تا پرنده های بسیار کوچک تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است که هم اکنون با حمایت وزارتخانه های دفاع کشورهایی چون آمریکا ، ژاپن و برخی کشورهای اروپایی به صورت طرح های تحقیقاتی در حال انجام هستند. نانوفناوری، تغییر بنیانی مسیری است که در آینده موجب ساخت مواد جدیدخواهد شد و انقلابی در مواد ایجادخواهد کرد که محققان قادر به ساخت موادی خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نیست.
برخی از مزایای مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبک تر، قوی تر، قابل برنامه ریزی، کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی ابزارهایی نوین برپایه اصول و معماری جدید، صنعت خودرو و لوازم خانگی بااستفاده از این فناوری جدید در درازمدت می توان تومورهای مغزی را به درستی تشخیص داد و نیز بدون آسیب زدن به بافت های سالم و با استفاده از پرتو درمانی این بیماری را بهبود بخشید، نانو کپسول های تولیدی با استفاده از فناوری نانو، دارای موادی مانند ویتامین A، رتینول و بتاکاروتن خواهد بود که باید به لایه های عمقی پوست منتقل شوند تا بیشترین خواص ضدپیری و سایر خواص دارویی خود را بروز دهند. با کارگذاری نانو ذرات فعال نوری در داخل گلبول های سفید خون موفق به شناسایی سلول های آسیب دیده خواهیم شد. در زمینه انرژی می تواند به طور قابل ملاحظه ای کارآیی ، ذخیره سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد.
به عنوان مثال شرکت های موادشیمیایی، موادپلیمری تقویت شده را ساخته اند که می تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت ها می تواند سالیانه ۱/۵ میلیاردلیتر صرفه جویی مصرف بنزین به همراه داشته باشد.
• چندمحصول تجاری شده با استفاده از فناوری نانو
در زیر چند محصول برتر نانو فناوری در سال ۲۰۰۳ طبقه بندی شده است. این خبر نشان می دهد کسانی که هنوز معتقدند نانو فناوری فقط در آزمایشگاه است، اشتباه می کنند.
• پارچه های ضدچروک و ضدلکه
شرکتی با اضافه کردن ساختارهای مولکولی به الیاف کتان، الیافی ساخته است که مایعات و لکه ها برروی آنها حرکت کرده و جذب نمی شوند. بنابراین چنانچه قهوه برروی شلوار سفیدرنگی ریخته شود به طرز شگفت آوری روی آن حرکت کرده و جذب نمی شود.
• محافظت پوست، با قابلیت نفوذ عمیق
یکی از بزرگ ترین شرکت های تولیدکننده موادآرایشی در جهان نخستین محصول نانوفناوری خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفی کرد. این محصول کرم ضدچروک Plenitude Revitalift است که در تولید این کرم از یک فرآیند انحصاری نانو فناوری به منظور داخل کردن ویتامین A به درون یک کپسول پلیمری استفاده شده است. کپسول مانند اسفنج ،کرم را درون خود جذب و نگهداری می کند تا این که پوسته بیرونی آن در زیرپوست حل شود.
• عینک های آفتابی با کیفیت بالا
شرکتی دیگر با استفاده از نانو فناوری، پوشش های پلیمری بسیارنازک، ضدانعکاس و حفاظتی برای عینک ها ساخته است بطوری که شیشه آنها در مقابل خراشیدگی مقاومت داشته و ضدانعکاس نیست این پوشش چربی ها و لکه ها را از روی عدسی ها برطرف و عدسی ها را حساس تر می کند.
• نانو جوراب
نه فقط ورزشکارها بلکه اکثر مردم از عرق پا رنج می برند و نمی توانند آن را تحمل کنند بطور طبیعی هر پا دارای ۲۵۰هزار غدد عرقی است که قادرند حدود ۵۰۰ میلی لیتر عرق در روز تولید کنند.به تازگی جوراب هایی از جنس کتان که به وسیله نانو ذرات نقره، بهبود یافته اند به وسیله شرکت سول، وارد بازار شده است که این ذرات نقره از رشد باکتری ها و قارچ ها جلوگیری کرده و بدین وسیله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگیری می کنند.
• کرم های ضدآفتاب
مصرف کرم های ضدآفتاب معمولی پوست را به قدری سفید می کند که حالت نامناسبی پیدامی کند. این سفیدی ناشی از اکسید روی است که از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماورای بنفش Aو Bخورشیدمحافظت می کند. جهت حل این مشکل شرکت BASF ماده ای با کمک فناوری نانو، ساخته است که سبب تولید نانو کریستال های اکسیدروی با خلوص بالا تهیه شده و این امر منجر به افزایش مرغوبیت کرم های ضد آفتاب می شود از دیگر مزایای این کرم ها این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد آلرژی نمی کند
دوغاب سیمان فوق سبک با استفاده از فناوری نانو طراحی شد
تکنولوژی ساختمانی: به همت محققان پژوهشگاه صنعت نفت ، برای اولین بار طراحی دوغاب سیمان فوق سبک با استفاده از فناوری نانو تکنولوژی با موفقیت انجام شد.
به گزارش روز دوشنبه روابط عمومی پژوهشگاه صنعت نفت ، مهندس " حمید سلطانیان " مسئول پروژه فوق در این خصوص گفت:طبق تحقیقات بعمل آمده طراحی دوغاب سیمان با استفاده از تکنولوژی نانو با فرمولاسیون ابداعی پژوهشگاه هیچگونه سابقه در دنیا ندارد.
وی درادامه افزود: در چنین دوغابی ضمن بهسازی خواص رئولوژیکی در سیمان – کاری پشت لوله های جداری چاه، افزایش قابل توجه مقاومت تراکمی سنگ سیمان نیز حاصل می شود و با تنظیم اندازه ذرات جامد،ضمن افزایش سطح ویژه دانه ها، چگالی مخلوط کمتر شده و برای طراحی سیمان های فوق سبک و با نرخ فشار پایین بسیار ایده ال خواهد بود.
سلطانیان خاطرنشان کرد: نانو افزودنی ها خواص ویژه ای نظیر پایداری، کیفیت به سیمان چاه نفت بخشیده و در حفاری چاه های عمیق و بسیار عمیق و در مکان های بسیار سرد خواص مطلوبی از جمله تراکم پذیری اولیه و زمان بندش مناسب به سیمان می دهد و انتظار برای حفاری مجدد کمتر شده وعملیات با سرعت بیشتری ادامه می یابد.
وی تصریح کرد، علاوه بر موارد یادشده افزایش مقاومت تراکمی وکاهش تخلخل و تراوایی و در نهایت کنترل و مهار مهاجرت گاز و سیال از درون ستون سیمان از مزایای دیگر استفاده از نانو ذرات در طراحی دوغاب سیمان می باشد.
سلطانیان افزود:سبک ترین دوغابی که درپژوهشگاه صنعت نفت درمرکز مطالعات اکتشاف و تولید واحد پژوهش حفاری با استفاده از نانو تکنولوژی فوق طراحی شده است، ۶۲/۴پوند برفوت مکعب بوده که در دمای ۱۹۰درجه فارنهایت دارای مقاومت تراکمی ۲۴ساعته حداقل ،۲۰۰۰ psiتخلخل ۳۶درصد، نفوذپذیری یک درصدمیلی دارسی، آب آزاد صفر و زمان انتظار برای رسیدن به حداقل تراکمی ۵۰۰ psiجهت شروع مجدد عملیات حفاری حداکثر هشت ساعت است .
مسئول پروژه در پایان یادآور شد:تست های آزمایشگاهی این پروژه با موفقیت کامل به اتمام رسیده و آماده بکارگیری آن در مناطق عملیاتی می باشد و در زمان حاضر تست میدانی آن در یکی از چاه های منطقه مارون برای سیمانکاری لوله لاینر هفت اینچ به مرحله اجرا درآمده است
نانو تکنولوژی در معماری
دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همکاری موسسه فناوری ایلینویز ساختمان هایی را طراحی می کنند که در آنها از نانومواد استفاده می شود. انتظار می رود این ساختمان ها در طی ۲۰ سال آینده به طور انبوه ساخته شوند.
این ساختمان ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله های کربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط کوانتومی و نانوسنسورهایی است که به همراه هم ساختمان هایی مستحکم تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند کرد.
در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله ها، ساخت دیوارهای شفا ف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممکن می سازند.با استفاده از نقاط کوانتومی می توان دیوارها و سقف های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یک کلید، ساخت.
نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می کند که درآن ساختمان ها دائما با محیط خود منطبق می شوند.
لازم به ذکر است که این دانشجویان در پروژه خود ملاحظات اجتماعی و محیطی ناشی از فناوری نانو را نیز مدنظر قرار داده اند.
فن آوری نانو چیست؟
پ. ی : نانو پسوندی است به معنای "یک ملیاردم ".بعنوان مثال ۱ نانو متر برابر است با ۱ میلیاردم متر،که این اندازه تقریبا" معادل نصف ضخامت یک مولکول دی.ان.ای می باشد.فن آوری نانو یک اصطلاح مناسب برای مطالعات علمی و مهندسی در مقیاس نانو به شمار می رود.مطالعاتی که دانشمندان در این زمینه انجام می دهند، بر روی خواص بنیادین مواد و عناصر در مقیاس مولکول ها و اتم های آنها بوده و دانش حاصله از این مطالعات در جهت تولید محصولات جدیدمورد استفاده قرار می گیرد.محصولات تولید شده بدین روش از لحاظ ساختار مولکولی و اتم ها به دقت طراحی شده و حد اقل یک بعد از ابعاد آنها اندازه ای بین ۱ الی ۱۰۰ نانو متر دارند.
ح . ا : جایگاه و تاثیر فن آوری نانو در معماری روز را چگونه ارزیابی می کنید ؟
پ . ی : با وجود بسط و گسترش سریع فن آوری نانو در تمامی ابعاد زندگی و تولیدات و محصولات جدید، نفوذ و گسترش آن در معماری به آرامی صورت می پذیرد.البته این به معنای مورد استفاده قرار نگرفتن این فراوری ها در معماری امروزه نیست.امروزه محصولاتی همچون نانو فیلتر ها و پوشش های نانو در بازار موجود و قابل استفاده می باشند.با این وجود،امروزه عده اندکی از معماران در حیطه بحث و تبادل نظر در مورد تاثیرات متقابل معماری و این فن آوری قدم به پیش گذاشته اند. در حال حاضر با تغییراتی که فن آوری نانو در مواد و خصوصیات بنیادین آنها موجب شده، زندگی امروزی نیاز های جدید و متفاوت تری را نسبت به گذشته ایجاب می کند.طبیعتا" این تغییر و تحولات بر روی معماری نیز تاثیر گذار خواهد بود. "جان جانسن۴″، جزو اولین افرادی بود که به فکر یافتن جواب برای نیاز های امروزه معماری افتاد.اما حقیقت امر این است که در عصر حاضر، بینش و آگاهی لازم به نسبت آنچه در عصر ماشین، عصر فضا و عصر اطلاعات وجود داشت، بسیار محدود تر می باشد.ولی با وجود همه این مسائل، من به کارهای هنرمندانی همچون "ویکتوریا وسنا۵″، "اوران کاتس۶" و "لونات زور۷" بسیار علاقمندم .زیرا کارهای آنها بسیار متقاعد کننده تر از کارهای جانسن به نظر می رسد.این دسته از هنرمندان علاوه بر داشتن درک و برداشت مناسب و کافی از دانش و مسائل روز، به طور مستمر با دانشمندان به همکاری و تبادل نظر می پردازند.
ح.ا : لطفا" در مورد سه فاکتور مهم در معماری که با ورود فن آوری نانو دچار تغییر و تحول اساسی خواهند شد توضیح دهید.
پ.ی : علاوه بر ازدیاد روز افزون مواد و مصالح جدید که به طور حتم در زندگی بشر تاثیر گذار خواهد بود، نظر من بر این است که صنعت تولیدات مولکولی، نانو روبات ها و نانو بیوتکنولوژی تحولات اساسی و بنیادین در جامعه و نظام مربوط به آن به جای خواهد گذاشت.صنعت تولیدات مولکولی از شیوه ای استفاده خواهد کرد که ماده را اتم به اتم، مولکول به مولکول، از نو خواهد ساخت.این موضوع دقیقا" عکس آن چیزی است که امروزه در کارخانه های ما اتفاق می افتد.در صنعت به شکل امروزی ، برای تبدیل مواد اولیه به تولیدت کارخانه ای از انرژی استفاده شده و در طی این فرایند ضایعات فراوان به وجود می آید.فن آوری جدید همچنین فرصتی را فراهم خواهد کرد که طی آن ماشین ها و ابزاری وارد چرخه صنعت شوند که قادر به همانند سازی و یا بازسازی خود بوده، آماده برای استفاده مجدد باشند.نانو ربات ها به مانند آنچه دکتر "جی.استرز
هال۸″ ساخته است، در جهت تولید اشیائی متشکل از مجموعه ربات های سلول مانند بکار برده خواهند شد.در نهایت مجموعه تولیدات و عوامل اینچنینی،جوامع بشری را تبدیل به محیط هایی کاملا" برنامه ریزی شده خواهد نمود.بنابر این در چنین جامعه ای تمامی مجموعه های رباتیک می توانند به گونه ای برنامه ریزی و طراحی شوند که از هر نظر اعم از فرم، رنگ، بافت، چگالی و غلظت قابل تغییر و برنامه ریزی بوده، با یکدیگر و با انسانها در ارتباط و کنش متقابل قرار بگیرند.نانو بیوتکنولوژی ممکن است امکاناتی در جهت اتحاد و به هم پیوستگی سیستم های زنده و عناصر بیجان فراهم آورد که سرانجام این فرایند می تواند به خلق معماری زنده و جاندارمنجر شود.کمترین میزان تاثیر این گونه پیشرفت ها در علم و فن آوری،از بین رفتن تفاوت ما بین مواد مصنوعی و طبیعی خواهد بود.
ح.ا : لطفا" در مورد ارتباط و میزان وابستگی معماری و فن آوری نانو توضیح دهید.
پ.ی : هدف اصلی فن آوری نانو، اعمال کنترل حداکثر بر روی ماده تا کوچکترین ذره آن است.بنابر این این مسئله به طور عمده ای جوهره معماری و کل کار هایی را که امروزه به عنوان معماری می شناسیم تحت تاثیر خود قرار خواهد داد.
ح.ا : نقش آینده فن آوری نانو را در حوزه معماری چگونه ارزیابی می کنید؟
پ.ی : در آینده ای نزدیک، فن آوری نانو مصالح فراوانی را در اختیار معماران قرار خواهد داد؛ که این مصالح بدقت و برای منظور های خاصی طراحی شده اند و بر طبق مشاهداتی که داشته ام در حال حاضر نیز این اتفاق در بعضی موارد به وقوع می پیوندد.پیش بینی کردن تاثیرات دراز مدت این فن آوری به آسانی صورت نمی پذیرد.این فن آوری موجب آغاز دوره جدیدی در زندگی بشر خواهد شد که تاثیرات آن فقط با پیشرفت های انقلابی در تمدن بشری مثل اهلی کردن حیوانات و اختراع برق قابل مقایسه است.با این تفاوت که هدف اصلی در این مقوله،تخت اختیار قرار گرفتن و در یک کلام اهلی کردن تمامی مواد خواهد بود.
ح.ا : آیا درست است اگر بگوییم در آینده معماران طراح فضا های زیستی به معنای امروز آن نخواهند بود؛ بلکه آنها فقط سیستم ها یی را برای خلق فضاهای جدید طراحی خواهند نمود؟ در اینصورت نقش معماران در طراحی چگونه ارزیابی خواهد شد؟
پ.ی : سوال جالبی است.به واقع پرسش شما این است که در عصر تولیدات مولکولی، عصری که سیستم ها می توانند توسط تک تک افراد جامعه گسترش یافته، تولید و برنامه ریزی شوند،نقش یک معمار به چه صورت تعریف خواهد شد؟عقیده من بر این است که نقش و عملکرد معماران در شرایط ذکر شده، از بخش طراحی آتچه لازم است دور شده و به سمت شناسایی چگونگی عملکرد سیستمها – تحت فرمان کاربران آنها – سوق خواهد کرد.زمانی که جوامع بشری به نقطه ای برسند که محیط پیرامون آنها به تمامی تحت فرمان انسان قرار گرفته، دگرگون شود، در این صورت فعالیت یک معمار شکل کاملا" متفاوت ازآنچه امروزه شاهد آن می باشیم به خود خواهد گرفت.
ح.ا :با توجه به مسائل مطرح شده در سخنرانیتان مبنی بر از بین رفتن ارزش زمین و حد و مرز ها در عصر "تله پورتیشن*"، فن آوری نانو چه تاثیری روی شهر ها، دولت ها و حکومت ها خواهد گذاشت؟
پ.ی : این موضوع به سادگی قابل پیش بینی نیست.با وجود این، مشاهده دستاورد های جدید بشری از قبیل تله پورتیشن، انسان را وادار به تحسین و قدر دانی در برابر عظمت آنچه پدیدار شده می نماید.تاثیر تولیدات مولکولی بر طبقه کارگر در حال حاضر مشخص نمی باشد.در واقع پیش بینی نتیجه و دستاورد چنین پدیده ای که طی آن ماده ای قابلیت کپی عین خودش را دقیقا" و مولکول به مولکول دارا باشد،بسیار مشکل است.به عنوان مثال : در شرایطی که یک محصول خاص و یا حتی پول قابلیت کپی کردن خود را دارد، در این صورت ارزش محصولات و حتی خود پول با چه معیاری سنجیده خواهد شد؟ و یا اینکه چگونه می توان از گسترش مواد مخدر جلوگیری کرد در حالی که آنها به سادگی و روی میز های ما قابل تولید هستند؟و یا با وجود دستیابی به فن آوری تله پورتیشن ارزش املاک و مستغلات چگونه ارزیابی و تعیین خواهد شد؟با این اوصاف، پیش بینی تاثیرات واقعی اینگونه تغییر و تحولات امکان پذیر نمی باشد.به عنوان مثال،۱۰ سال پیش ما قادر به پیش بینی گستردگی و عظمت تاثیر شبکه جهانی وب و اینترنت در زندگی امروزه نمی بودیم.
ح.ا : با توجه به نتایج حاصله از حضور تله پورتیشن در جوامع بشری، آیا در آینده فضا به معنای امروزی آن وجود خواهد داشت؟
پ.ی : درک و احساس فضا که همیشه مسئله جذاب و جالب توجهی هم برای انسان و هم برای معماری بوده است، در واقع نمود فیزیکی ارتباطات انسانی است.تله پورتیشن با تاثیر گذاری در سطح ذرات کوانتومی، روی مسئله فضا و ماهیت آن تاثیر بنیادین دارد.به عنوان مثال یک ذره کوانتومی امکان این را خواهد یافت که در یک زمان معین در دو مکان متفاوت حضور داشته باشد.این مسئله برای ما با سطح علم و دانش امروزیمان قابل مشاهده و درک نمی باشد.
ح.ا : با توجه به عمل تولید ماده و کپی شدن مولکول ها توسط خودشان، آیا می توان چنین فرض نمود که در آینده تمامی فضا ها از ماده واحدی تشکیل خواهد شد که واجد خصوصیات تمامی مواد می باشد؟
امروزه نانو تکنولوژی در جهان ساختمان سازی دنیا جای خود را باز کرده است و این امر منجر به ساخت ساختمان هایی با دوام بالاتر و سبز تر خواد شد. امیدواریم در کشور ما هم استفاده آن جای خود را باز کند.
در صنعت ساختمان سازیبیش از هر صنعت دیگری گسترش یافته است.
کم کم نانو تکنولوژی کاربرد خود را باز می کند ، ولی متاسفانه در کشور ما هنوز نتوانسته آن طور که باید مزایای این فناوری شناخته شود، و این موضوع مستلزم تبلیغات و توجه مسئولین است. در این جا برخی از مزایای نانو در صنعت ساختمان آورده شده است.:
نانو تکنولوژی در ساختمان ها خواهد توانست به طور چشمگیری استفاده از انرژی های سرمایشی و گرمایشی را کاهش داده و هچمین عمر و دوام مصالح را در ساختمان بیشتر کند.
با توجه به خصوصیاتی که این فناوری در اختیار قرار داده می توان با ساخت مصالح جدید انتظارات زیر را برآورده ساخت :
– محدود کردن انتقال حرارت در حد مقادیر مجاز
– آب بندی و نم بندی های مورد نیاز
– ایجاد دوام بیشتر در برابر اثر عوامل محیطی و اقلیمی
– پایداری کافی در برابر آتش (عایق کاری حرارتی و گرمابندی قسمت های مختلف پوسته
خارجی)به همراه ایستائی و مقاومت در برابر تنش های وارده
– در صورت عایق کاری حرارتی (گرمابندی) عناصر ساختمان ، تامین و حفظ شرایط آسایش
حرارتی فضاهای کنترل شده براحتی و همراه با صرفه جوئی در مصرف انرژی انجام گردد.
– کاهش ضخامت لایه هایی که مقاومت حرارتی یک پوسته را تشکیل می دهند.
این تازه گوشه ای فواید ان تکنولوژی نوین در این صنعت است.
1. تاریخچه نانو تکنولوژِی :
استفاده از نانو تکنولوژی برخلاف تصور عمومی دارای سابقه تاریخی طولانی است.تفهیم اینکه نانوتکنولوژی چگونه اولین اثرات خود را بر زندگی بشریت گذاشت و اینکه از آن زمان تاکنون چگونه موجب زندگی بهتر و گشودن درهایی برای اکتشافات بیشتر بوده است کار چندان آسانی نیست.
کشفیات باستان شناسان روشنگر استفاده از نانو تکنولوژی حتی در دوران قبل از میلاد مسیح است. یک محصول معروف که از آن دوره به جا مانده و در کاوش های اخیر به دست آمده ، جام لیکورگوس است که در موزه بریتانیا نگه داری می شود. ماده اصلی این جام از شیشه است و مربوط به قرن چهارم قبل از میلاد است.
این جام دارای بدنه برنزی با لبه های برجسته است و آن چیزی که این جام را بی همتا می سازد این است که در برابر نورهای با رنگ های مختلف ، رنگ های مختلف را از خود نشان می دهد.
مطالعات میکروسکوپی روشن نموده که شیشه این جام دارای ذرات نانو از جنس طلا و نقره است این ذرات خواصی را بروز می دهند که از ذرات درشت موجود در آن متفاوت است.بعد ها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیسا ها استفاده شد.
همچنین شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی بکاربرده شده توسط قوم مایا موجود است.
شیشه های رنگی (400-1500) :
علی رغم نا آگاهی از دلیل آن ، در ساخت شیشه های رنگی در زمان های بسیار دور ازذرات نانو استفاده می شده است. رنگ سرخ یاقوتی بعضی از شیشه های رنگی به دلیل نانو ذرات طلا بدام انداخته شده در ماده زمینه آن می باشد . به همان ترتیب رنگ زرد پررنگ بدلیل نانو ذرات نقره است . اندازه متفاوت نانوذرات ،دلیل رنگ های الوان و متنوع بوده است . این مثال از تعویض خواص ظاهر شده در مواد ( در مورد رنگ ها ) در ذرات نانو کلیاتی از خواص این ذرات است
دروتا ( ظروف سفالین) (1450- 1600 ) :
دروتا و اُمبریا ظروف سفالین با رنگ آمیزی هنرمندانه در قرون 15 و 16 با بکار گیری اشکال ابتدایی از نانو تکنولوژی هستند . سرامیک دروتا با رنگین کمان های شورانگیز یا لعاب های متالیک که در قرون 15 و 16 در سراسر اروپا متقاضیان فراوان داشت . برای دستیابی به رنگهای طلایی و قرمزاز نانو ذراتی از فلز مس و نقره به اندازه پنج میلیونیوم متر استفاده می شد که در عوض پخش کردن نور از سطح اجسام موجب می گشت تا نور هایی با طول موج های متفاوت ساتع گردد که موجب بوجود آمدن حالت رنگین کمان یا متالیک می گشت.
کشف کلوئید های طلا 1857
گرچه کلمه "نانو" در آن زمان استفاده نمی شد اما میشل فارادی اولین کلوئید های فلزی را در1856 کشف کرد .
کلوئید ها ذراتی هستند که در یک محلول معلق اند ( مابین ذرات حل شونده و آنهایی که در حلال رسوب می کنند).
کلوئید های طلایی فارادی خواص الکترونیکی و شیمیایی مخصوصی داشتند و الآن بعنوان یکی از بهترین نانو ذرات فلزی شناخته می شوند. بنا به تشخیص بسیاری ، یکی از بهترین آزمایشگرها و شیمیست ها و فیزیسین هایی که تابحال بدنیا آمده دانشمند انگلیسی فارادی بوده که دارای تحصیلات ابتدایی بود و در 14 سالگی شاگرد یک صحاف کتاب بوده . در آنجا اوبه کارهای شیمی و فیزیک علاقه مند بود و بعد از شنیدن سخنرانی شیمیست معروف هامفری دیوی یادداشتهایی از سخنرانی دیوی را برایش ارسال می کند و به این ترتیب معاون دیوی در آزمایشگاه رویال در انسیتو لندن می شود . در سن 21سالگی بیش از 600 آزمایش توسط او انجام می گیرد .
1908 تئوری مـای (Mie):
فیزیکدان آلمانی گوستاو مای نقش موثری در نانو تکنولوژی با طرح تئوری پراکندگی نور توسط ذرات داشت . او نشان داد که امواج کوتاه در پراکندگی نور موثر تر از امواج با طول موج بلند است . ما آسمان را آبی می بینیم چرا که مولکولهای هوا ( که بسیار ریز هستند) در فاصله کوتاه نور را بیشتر در طول موج آبی می شکنند تا زرد یا قرمز چرا که نور آبی امواج کوتاه تری دارد . وقتی خورشید غروب می کند نسبت به وسط روز فاصله بیشتری از ما می گیرد ،در این مورد پراکندگی بیشتر توسط ذرات گرد و غبار صورت می گیرد . این ذرات هنوز اثر بیشتری بر امواج آبی دارد تا زرد و قرمز ، بنابراین نوری که هنوز شکسته نشده به ما می رسد که مخلوطی از رنگهای زرد و قرمز است . پس رنگ آسمان در هنگام غروب قرمز و زرد به نظر می رسد.
تئوری مای به دانشمندان کمک کرد تا به این نتیجه برسند که اندازه ذرات مشخص کننده رنگی است که ما می بینیم . مای اندازه تعداد زیادی از ذرات را بوسیله تشخیص نورهایی که آنها را می شکند بدست آورد . برای اندازه گیری نانو ذرات و ذرات بزرگتر این تئوری مستلزم محاسبات هنگفتی است بنابر این تا حدود 20 سال پیش – که سوپر کامپیوتر ها توانمند شدند – بندرت بکار برده می شد . هم اکنون تئوری مای (بخوبی پیشرفت های اخیر دیگر ) به پژوهشگران کمک می کند تا اندازه نانو ذرات را محاسبه کنند.
ریچارد فیمن 1959
شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوتکنولوژی را در سخنرانی فیزیکدانی به نام ریچارد فیمن (استاد فیزیک انستیتو کالتک ) در کنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال 1959 دانست.در این کنفرانس ایشان با ارائه مقاله ای با عنوان (( فضای کافی در پایین وجود دارد))، در باره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود.این مقاله امروزه به عنوان بخشی از آیین نامه انجمن های نانو تکنولوژی در آمده است.
او سال 2000 را سال ورود به دنیای ریز نامید .اوبا انجام محاسباتی نشان داد که می توان با استفاده از پرتوی الکترونی کل اطلاعات نسخه 25000 صفحه ای دایره المعارف بریتانیکا را بروی یک سر سوزن جای داد و به حاضرین در جلسه قول داد به اولین کسی این کار را انجام دهد، یک هزار دلار جایزه خواهد داد ( این جایزه را تام نیومن در سال 1985 دریافت کرد).
در آینده بزرگترین طرح ها برای ساختن محیط اطراف، خیلی خیلی کوچک خواهد بود
طرح های کوچک ارائه شده در مقوله نانوتکنولوژی و تاثیرات آن بر ساختار محیط اطراف انسان را می توان در سه مرحله پیش بینی کرد:
نخست اینکه نانو تکنولوژی در طراحی معماری امروز چه نقشی بازی می کند؟ تعداد مصالح با ساختار مهندسی نانو هم اکنون قابل دسترسی معماران و سازندگان برای استفاده در ساختمان ها وجود دارد. که تغییر و تحول ساختمان ها با به کارگیری این مصالح بسیار مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. برخی از نمونه محصولات که در دست تولید است، شامل لایه های نازک و شفاف محافظ پنجره ها که در برابر خراش مقاوم هستند و به صورت خودکار با دریافت پرتو ماورای بنفش خورشید و باران خود را تمیز می کنند، شیشه هایی که رنگ خود را با کاهش یا افزایش حرارت محیط، تغییر می دهند و نور محیط را تنظیم می کنند و بتن های مقاوم در برابر ضربه های ناگهانی و ترک خوردگی ، مقاوم می باشند، البته هنوز گرانقیمت هستند و به تولید انبوه نرسیده اند.
دوم اینکه با نگاهی فراتر، تلاش امروز متخصصین نانوتکنولوژی دست آوردی را در 15 تا 20 سال آینده به وجود خواهد آورد که نمونه بارز آن لوله های کربنی است که استحکام و قابلیت انعطاف پذیری بی نظیری را برای ساختمان ها به ارمغان می آورد و راهنمایی برای ساخت فرم های جدید ،عملکردهای تازه و ارتباط نوین بین مردم، ساختمان و محیط را نوید می دهد.
و سوم در افق های دوردست می توان دید که تاثیر فراگیر نانوتکنولوژی در زندگی بشر و نحوه ی ارتباط او با محیط اطراف و ساختمان ها اجتناب ناپذیر و غیر قابل تصور خواهد بود. پوست های محافظ در برابر خورشید، دیوارهای نامرئی و کپی سازی ساختارهای زاینده، همگی در قلمرو امکان قرار می گیرند. تحولات اجتماعی، اخلاقی و محیطی نیز جدای این سیر تحول کننده نخواهد بود(Elvin,2003,100-105) نانوتکنولوژی با تغییر ساختار زندگی انسان، تحولات بنیادی را ایجاد می کند. به عنوان مثال اگر فردی دارای پوست محافظ در برابر حرارت خورشید باشد، آینده ساختمان ها چه می شود؟ و یا اگر دیوارها و پشت بام ها از کاغذهای نازک نامرئی عایق رطوبت پوشیده شوند، زندگی انسان با محیط اطراف چه ارتباطی خواهد داشت؟ شاید برخی پیشگویی ها در مورد فناوری نانو اغراق آمیز به نظر برسد، ولی هدف نهایی آن ساختن جزء به جزء مواد با خواص متنوع می باشد.
سخن معروف وینستون چرچیل، سیاستمدار انگلیسی، که می گفت:"ساختمان هایمان را شکل می دهیم و (متقابلاً) ساختمان ها ما را شکل می دهند." قبل از شناخت علم نانو بوده ولی شاید قدرتش را در تغییر شکل ساختمان و به تبع آن انسان را به روشنی پیش بینی کرده باشد، که چگونه با تسلط نانوتکنولوژی بر مواد اولیه خلق فضاها (مصالح) و قدرت بی نظیری که در اختیار معماران برای ناممکن ها قرار می دهد، شکل زندگی انسان و ارتباط با دنیای اطراف او را دگرگون خواهد کرد. بنابراین تلاش امروز متخصصان و طراحان جهت ارزیابی دست آوردهای این علم در زمینه های فردی، اجتماعی، اخلاقی و .. ، کاملاً ضروری به نظر می رسد، زیرا که پیکره بندی یک نمونه ی سالم و شایسته بشر از محیط زندگی او، با تفکر اولیه، گفتگو و نتیجه گیری، کمکی شایان توسعه آگاهانه این علم در آینده خواهد نمود..
نانو معماری ، معماری منعطف و سازگار با محیط
معماری اورگانیک که توسط فرانک لوید رایت به عنوان سازگاری ساختار ساختمان ها بر اساس قرارگیری در طبیعت تعریف شده، امروز در قالب معماری پایدار و افق جدید آن، نانوتکنولوزی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
رایت بر این عقیده بود که شکل معماری باید از بطن طبیعت اشیاء به وجود آید و هر شیء نیز به نوبه خود دارای یک زبان خاص برای تکلم و بیان احساس می باشد. به طور مثال تناسبات، چیدمان و بافت آجرخانه روبی، گستردگی بر روی افق را در یک زمین وسیع نشان می دهد. آجر پخته شده از طبیعت برآمده است و دوباره به آن باز می گردد. حال زمانی را تصور کنید که مصالح تشکیل دهنده خانه به قدری کوچک باشد که تنها با چشم مسلح دیده شود، آنگاه تصور کنید که ارتباط بین اشکال، انسان و محیط چگونه تغییر خواهد کرد.
از آنجا که با استفاده از دستاوردهای نانو تکنولوژی یک شیء -ساختمان- در زمان ها و مکان های مختلف می تواند رفتارهای متفاوتی از خود نشان دهد- سخت و غیر قابل انعطاف و یا نرم و سیال- تئوری های شناخت مواد به طور کلی دگرگون می شوند.
در واقع مصالح، هویت ثابت خود را از دست می دهند و دیگر معماری تعریف محدودی در زمان و مکان نخواهد داشت.
رفتار سازه ها و ساختمان ها کاملا ً عملکردگرا و زمینه گرا می شوند. آنها قادر خواهند بود که با انواع دماها، جریان های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و … هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه ریزان طراحی به صورت داده های خام به ساختمان و سازه آن داده می شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل موثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، در محیط سازگار شوند.
یک ساختمان هوشمند، ساختمانی است که خود فکر می کند و با سنجیدن نیازهایش در جهت رفع آنها گام برمی دارد. اما آیا این جواب سوال لویی کان است که پرسید:" این ساختمان چه می خواهد باشد؟". معماران معتقدند که ساختمان ها با آنها صحبت می کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آنها می گویند، ولی اگر ساختمان ها دارای هوش مصنوعی باشند، بدون مشورت با معمار، خود را هر گونه که محیط طلب کند، سازگار می کنند.
کرزوی- یکی از محققان نانو تکنولوژی و تاثیرات آن بر محیط زندگی انسان- پیش بینی می کند که در قرن آینده انسان ها مهمان و ساختمان ها، خود ساکنان و صاحبان اصلی خواهند بود. او معتقد است که استفاده زیادتر از این مصنوعات به طبیعت، در آینده افزایش خواهد یافت. بناهای آینده ممکن است که هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشند. معماری گذشته و سنتی اصولاً به دور انداخته می شوند، زیرا که معیار های محدود کننده ی آن نقشی در ساختمان های آینده نخواهند داشت.
طبق نظر کرزوی زمان ساخت و ساز نیز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاورد نانو تکنولوژی در آینده بشریت بسیار مهم تر از سرنوشت دیگر صنایع است. تغییر و تحولات در عرصه ی معماری، در بعضی کشورها، به خصوص کشورهای پیشرفته و در حال توسعه- به طور مثال در اکثر ساختمان هایی که در دبی ساخته می شوند- نقش پر رنگ این تکنولوژی را نشان می دهد. معماران به ندرت اخلاقیات را قبل از زیبایی و جذابیت بنایشان در نظر دارند، ولی توجه خاص به تکنولوژی که جوابگوی بسیاری از ناتوانایی های آنانست را هرگز در دفتر طراحی جا نخواهند گذاشت. با وجود این اگر هدف معماری فقط خلق اشکال بدیع باشد، به نظر می رسد که در آینده ای نه چندان دور ، معماری به معمار احتیاجی نخواهد داشت.
مدرک بی واسطه و مستدل برخورد مستقیم نانوتکنولوژی و معماری، مصالح (تولیدات فیزیکی) هستند که عموماً کاربری های گوناگونی به ساختمان ها می بخشند. چنین مصالحی، امکانات تازه ای را برای تکمیل و بهبود شیء معماری و اندیشیدن درباره ی شکل جدیدی از زندگی، به وجود می آورند(Rennie,2000,8)
اکنون این سوال مطرح می شود که با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، نقش ثابت معماری به عنوان ماهیت فیزیکی که روابط اجتماعی را شکل می دهد، چه خواهد شد؟ در این صورت، زمان و مکانی که بر شیء معماری مرتبیت است- یعنی تاریخ و اصالت معماری- ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهد شد…
نانو ساختار ها تلاش بی وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرم های جدید، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه می رساند. این یک رویای علمی تخیلی نیست، زیرا علم نانو خیلی سریع تر از یک واقعیت رخ خواهد داد.
کاربرد مواد نانو در صنعت بتن
2. مواد نانو کمپوزیت
مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری ) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اندکه از تکنولوژی سول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است .
هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است ، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد .
در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانوئی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد . زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی ، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد . از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد:· تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است . · ذرات نانویی غیر فلز مانند:نانو سیلیکا ، نانو زیرکونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشد .
3. بتن با عملکرد بالا ([1]HPC)
یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملکرد بالا(HPC ) می باشد . این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد . خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد .
بنابراین ، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد . روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر ، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد ، از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی ، و قابلیت به کار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و … را نام برد .
4. نانو سیلیس آمورف
در صنعت بتن ، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند .
محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد . می توان گفت که میکرو سیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود .
محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند ، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم([2]SCC) به کار گرفته شده است . نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:
خاصیت ضد سایش
ضد لغزش
ضد حریق
ضد انعکاس سطوح
آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica ) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو سیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد .
تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، کار پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است . آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانومتر می باشد .
5. نانو لوله ها(NANOTUBES)
همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولاً الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، کربن و . . . در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی (Carbon Nanotubes ) انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد .
نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند . کربن 60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ایران ) ، دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند ، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود 1000 برابر فلز مس می باشد .
نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده اند . یک نسل جدید از نانو کامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره , بازی می کنند .
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن ها نانولوله های کربنی(CNT (و دی اکسید تیتانیوم(TiO2) هستند، عموما" در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه ای برخورداراست. نانو پوشش ها ی ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعهUV مقاوم می سازند. این نانو پوشش ها در سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی ، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده وبه آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن وفرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین های بخار، موتور وتوسعه IT ، فناوری این علم افق های تازه ای رابه دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن ها بتوان مواد وفنآوری های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.
برای مثال، گل رس وسرامیک را می توان به ابعاد نانو درآورده وبه صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده ودر محیطی خنثی مصالحی سخت ومقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.
فناوری نانو وپوشش های ساختمانی
نانو پوشش های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان ها ازجمله: سطوح شیشه ای، پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی،آجری، کاشی، سرامیکی،سیمانی و بتنی و… استفاده می شوند. دراین سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست و یا فوق آبگریزهستند واکنش ها برروی سطح صورت می گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش ها ساختمان آنتی باکتریال بوده وبرای سلامتی انسان بی ضررهستند.
نانو پوشش های سنگ وچوب
این نانو پوشش ها ی آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند.
مزیت ها: پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لک ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی ها.
موارد مصرف
سطوح چوبی
نانوپوشش های سنگ وچوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.
سیمان های الیافی
ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.
آجرها وسرامیک ها
درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد.
ماسه سنگ ها و بتن گازی
بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.
کاشی ها و لوح های سنگی
استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.
شیشه
نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربرد های آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.
شیشه های خود تمیز شونده
این نوع نانو پوشش ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد.
نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات TiO2 موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO2 قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده٬ و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح ازکثیفی ها عاری شود.
شیشه های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا ۸۵درصد ودر تابستان تا ۸۰درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.
شیشه های محافظ در برابر آتش
شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.
بتن
تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ هایAFM ،SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود
نانوسیلیس ها(SiO2)
با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات – هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.
نانولوله های کربنی (CNT)
تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.
نانولوله کربنی تک جداره
نانو ذرات رس (Nano-Clay)
برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.
نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد. این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.
حسگرها
حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر، PH ؛دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردها وارتعاش طراحی شوند.
نانو
نانو، که برای تعیین یک میلیاردم یا ۱۰ یک کمیت استفاده می شود برابر است با یک میلیاردم متر که این اندازه تقریباً معادل نصف ضخامت یک مولکول دی ان ا می باشد. مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر صد نانو متر باشد تعریف شده اند.
انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها، محیط زیستی سالم تر را فراهم کند. برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی، مصرف جهانی انرژی را تا ۱۰ درصد کاهش داده، باعث صرفه جویی سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان ۲۰۰ میلیون تن کربن شود. همچنین با وجود آنکه بیش از ۷۰ درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده است، تنها کمتر از ۳ درصد از آن آب شیرین است. از این مقدار ۷۹ درصد به قله های یخی و ۲۰۰ درصد به آب های زیرزمینی تعلق دارد و تنها ۱۱ درصد آن شامل دریاچه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید که فناوری نانو تحول بخش های مختلف صنعت آب نظیر ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله آب، تصفیه آب، پساب و شیرین سازی آب را در بر می گیرد.
پایداری به مثابه ضریب هوشی
یک ساختمان هوشمند، ساختمانیست که خود فکر می کند و با سنجیدن نیازهایش، در جهت رفع آن گام برمیدارد؛ همچنین ضمن بررسی و درک وضعیت خود و برآورد میزان سالم بودن، در صورت نیاز، تعمیرات لازم را به عمل می آورد. نانوساختارها تلاش بی وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرم های جدید، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه می رسانند. این یک رویای علمی- تخیلی نیست، زیرا علم نانو خیلی سریع تر از یک واقعیت رخ خواهد داد… معماری سنتی، وابسته و محدود به چند عامل مهم است:
نیروهای طبیعی، فرهنگ بشری و نیازهای طبیعی وی. اما این مباحث در معماری مدرن، و با استفاده از فناوری نانو قابل رفع خواهند بود. بدین ترتیب که:
نیروهای طبیعی که روزگاری مایه وحشت انسان بودند، عاملی هستند که وی انرژی مورد نیاز زندگی خود را از آن ها تامین خواهد کرد.زلزلهو نیروهای مکانیکیو مخرب، می تواند در ساختمان ذخیره شود؛ همانطور که انرژی جنبشی، در یک فنر بصورتپتانسیل آن درمی آید، زلزله یا حرکت جانبی ساختمان، بطور نمونه در پیزوالکتریک ها ذخیره گشته و در ساختمان استفاده می شود. هم چنین مصالح جدید، دیگر در مقابل زلزله پایداری نخواهند کرد، بلکه با آن هماهنگ می شوند. مواد نورتاب لومینسانسانرژی وارده را در طول موج های قابل رویت بازتاب می دهند و انرژی باد در ساختمان های بلند، نه تنها نگرانی در پی ندارد بلکه انجام تهویهٔ هوا را به عهده خواهد داشت.
آئروژل های متخلخلی که امروزه به عنوان عایق در ساختمان ها استفاده می شود تنها نمونه ای آغازین از توانایی نانوکریستال های سنتز شده از طریق تکنیک سل-ژل محسوب می شوند که نقشی فراگیر در جهت مباحث پایداری و زیست محیطی برعهده خواهند گرفت؛ همچنین نقشی دیگر از آنها در شیشه های هوشمند است که در هنگام تابش شدید نور آفتاب تیره و مات می شوند و هنگام تابش ضعیفتر شیشه ها روشن تر می شوند. بدیهی است این مکانیزم ساده تحولی عظیم در بهینه سازی و پایداری شرایط آسایش ایجاد کرده و همچنان خواهد کرد. نور خورشید، این منبع گرما و روشنائی، دیگر طراح را به فکر نخواهد داشت که بر اساس نورگیری ساختمان، فضاها را چیدمان کند؛ بلکه وی را آزاد خواهد گذاشت تا علاوه بر طرح آزاد، نیازی به سیستم برق رسانی نداشته باشد. یکی از جالبترین دسته های مواد هوشمند که بسیار هم مورد توجه قرار می گیرد مواد با قابلیت تغییر رنگ (کرومیک) نام دارد. این مواد را می توان در دسته های زیر تقسیم بندی کرد:
* نام ماده عامل تغییر رنگ
* فوتوکرومیک تغییر نور
* ترموکرومیک تغییر دما
* مکانوکرومیک فشار یا تغییر شکل
* کموکرومیک شرایط شیمیایی خاص
* الکتروکرومیک تغییر ولتاژ
نکته ای که باید در این زمینه دقت کنیم این است که در واقع تغییر رنگی که از آن نام می بریم در واقع تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست است. در واقع چیزی که ما از رنگ می دانیم به منبع نور و طبیعت چشممان مربوط است و این تغییر رنگ در اثر یک تغییر ساختار در این مواد است.
فناوری نانو از طریق نانوتیوب های نیمه هادی، نانووایرها، یا نانوذرات قرار داده شده در یک پلاستیک رسانا، سلول های خورشیدی برایمان می سازد که ما را به بیشترین مرز پایداری اقتصادی (از طریق کاهش وزن، ضخامت و در نهایت هزینه تولید) و زیست اقلیمی(استفاده از منابع انرژی پاک و غیرآلاینده) سوق می دهد.
شرکت نانو سولار.سلول های خورشیدیی ساخته است که در آنها لایه های سلول های خورشیدی به راحتی روی سطوح مختلف اسپری یا چاپ می شوند. شرکت کونارکا همچنین فرآیندی برای ساخت پارچه هایی که بصورت سلول های خورشیدی کار می کنند ارائه داده است؛ و رویکرد دیگری که قادر خواهد بود شیشه های شفاف چند منظوره ای ارائه دهد که حامل سلول های خورشیدی نیز می باشند.
بازسازی، بازیافت، باز پایداری
نانو تکنولوژی تنها، فناوری خلق فضاهای جدید و خارق العاده نیست، بلکه تفکر پیشین بشر را نیز ترمیم و دوباره عرضه خواهد کرد. هر ساختمان باید به گونه ای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل برساند و در پایان عمر مفید خود، منبعی برای ایجاد سازه های دیگر بوجود بیاورد. اغلب منابع موجود در جهان در محیط مصنوع فعلی به کار گرفته شده اند و ترمیم و ارتقاء وضعیت ساختمان های فعلی برای کاهش اثرات زیست محیطی، امری ست که از اهمیتی برابر با خلق سازه های جدید برخوردار است. این استفاده مجدد می تواند در مسیر استفاده از مصالح بازیافت شده شکل بگیرد، بازیافت ساختمان ها و عناصر درون آن بخشی از تاریخ معماری است. فرض کنید دوباره بتوانید در اکروپلیس، کلوسئوم یا تخت جمشید قدم بزنید و فضاها را به همان صورتی که ساخته شده و قابل استفاده بودند، لمس کنید.
در اغلب مواردی که دسترسی به منابع جدید به حداقل می رسد، روش هایی کشف می شوند که با آن ها می توان ساختمان هایی که برای یک منظور ساخته شده اند را برای مقاصد دیگر نیز بکار برد؛ با این حال بعضی تغییرهای ضروری می توانند باعث تغییر شکل اصلی سازه یا ساختمان شوند. نانوتکمی تواند با تغییر مصالح، تغییر کاربری و در نتیجه تغییر فضا را شامل شود. می توان با فناوری نانو عمرکلیسای جامع میلان وگنبد برونلسکیرا تضمین نمود و برج کج پیزا را صاف کرد.پوشش های نانویی ونانو روبات هااز ساده ترین نتیجه های نانو هستند که می توانند درک کنند یا به محیط اطرافشان واکنش نشان دهند. متریال هایی که در برابر حرکت، تغییراتی در آنها رخ می دهد؛ حسگرهایی که روز به روز کوچکتر می شوند ونانو کامپوزیت هایی که خودشان را ترمیم می کنند.
بازسازی، اصلاحات و تعمیرات مواد و مصالح در سطح اتمی به طور موضعی و محلی دغدغه همیشگی جامعه مهندسی بوده است. پیشرفت های لیزری و نانوتیوب های نیروی اتمی می توانند برای عرضه و فراهم سازی انرژی به طور مکانی و موضعی مورد استفاده قرار گیرند تا اتم ها را قادر سازند که به عقب برگردند و در جاهای درست خود و با انرژی کمتر در موقعیت های خود قرار بگیرند. این امکان وجود دارد تا نانو وصله ها (نانو تکه ها) یا نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند تا داخل آنها پر شود و یا به آنها بخیه زده شوند.
با ورود مصالح جدید به تکنولوژی ساختمان، سازه هایی خواهیم داشت که تحت تاثیر تغییر آرایش (خودآرایی) اتم ها در مقیاس نانو، معایبی چون خورندگی های شیمیاییدر آنها مفهومی نخواهد داشت؛ بنابراین پدیده هایی نظیر باران های اسیدی، مکانیزم های شیمیایی حین اجرا و ساخت و دمای هوا دیگر به عنوان عوامل مخرب و محدود کننده مطرح نخواهند بود.
نتیجه
نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفت های پرشتابی که در این عرصه به وقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای که در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.
در عصر پسامدرن و دنیای در حال توسعه مبتنی بر فناوری، انرژی و دست یابی به منابع نامحدود و پاک در جهت حفظ و پایداری این گهواره خاکی از بزرگ ترین چالش های بر سر راه جوامع بشری، سازمان های محافظ محیط زیست و دولت ها می باشد. این امر نشانگر این است که تمام گروه های علمی، صنعتی، اجتماعی و فرهنگی موظف هستند تا با آگاه سازی، تبیین و تعیین راهکارها و روش های جوابگو برای اصلاح رویکردهای مصرف انرژی و در نهایت رسیدن به خواسته و هدف فعلی بشر یعنی پایداری محیط زیست این کره خاکی گام بردارند.
فناوری نانو می تواند پاسخ مناسبی برای این امر خطیر باشد. با استفاده از این فناوری می توانیم منابع مختلفی، از نانو سلول های خورشیدیگرفته تا سلول های سوخت هیدروژنیو باتری های نانویی – که می توانند تا پنج برابر قوی تر، ده برابر موثرتر و میلیون ها بار فشرده تر و بهتر عمل کنند را در اختیار داشته باشیم. فرآورده ها و محصولات نانو تکنولوژی می توانند در عرض چند روز طراحی و در عرض چند ساعت به نقاط مختلف دنیا توزیع شوند و این قابلیت وجود دارد که این محصولات را از پیش طراحی کرد.
نانوسرامیک های ضد باکتری و خود تمیز شونده که در پوشش های نهایی به صورت لعاب مورد استفاده قرار می گیرند و در استحکام بخشیدن نیز بسیار موثر هستند؛ چوب های کاملا نسوز که از نظر عایق صدا (آکوستیک) و حرارتی بسیار قوی تر از چوب های فعلی می باشند و در عین حال از نظر ظاهری هیچ تفاوتی نمی کنند؛ شیشه های نازک، عایق، با مقاومت و سختی بسیار بالا و هوشمند در مقابل تغییرات جوی؛بتنهای با انعطاف پذیری بالا، سبک تر و محکم تر و در عین حال عایق در برابر آب و رطوبت و عبور دهنده نور طبیعی؛ و فولادهای مقاوم در برابر پوسیدگی و خوردگی و … ؛ که تمامی این پدیده ها تنها چشم اندازهایی نزدیک و در دسترس از این فناوری را نمایان می کنند.
نانو الیاف های کربنی،لیفچه هاو دیگرنانومتریال ها، دیوارها و بام هایی را برای ما می سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل بانانوسنسورها وکوانتومدات ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می دهند یا در خود ذخیره می کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماٌ با قابلیت های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آنها را محدود نخواهد کرد.
بوسیله روش رسوب گذاری الکتریکیو در نتیجه داشتن پنجره های الکتروکرمیکحاوی نوار جذبی نوری می توان گرما را پراکنده کرده و خواص را بسته به محیط تغییر دهیم. با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، زمان و مکانی که بر شئ معماری مرتبط است – یعنی تاریخ و اصالت معماری – ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهند شد. در نتیجه فناوری نانو در عصر تله پورتیشن منجر به پیدایش مگاپولیس ها و فضاهای مجازی خواهد شد که در آن ها جوامع بشری تبدیل به محیط هایی کاملاُ برنامه ریزی شده خواهند شد. شهرهایی که دیگر نیازی به کابل های برق و لوله های توزیع گاز نخواهند داشت و هر بنا خود یک منبع انرژی خواهد بود در چنین جامعه ای تمامی مجموعه های روباتیک به گونه ای برنامه ریزی و طراحی می شوند که از هر نظر اعم از فرم، رنگ، بافت، چگالی و غلظت قابل تغییر و برنامه ریزی بوده، با یکدیگر و با انسان ها در ارتباط و کنش متقابل قرار می گیرند.
رفتار سازه ها و ساختمان ها کاملا عملکردگرا و زمینه گرا می شوند. آن ها قادر خواهند بود که با انواع دما، جریان های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و … هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه ریزان طراحی به صورت داده های خام به ساختمان و سازه های آن داده می شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل موثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، با محیط سازگار شود.
اما این جا یک سوال مطرح می شود که "نانو ساختارها چه می خواهد باشد؟" معماران معتقدند که ساختمان ها با آن ها صحبت می کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آن ها می گویند. ولی اگر ساختمان ها دارای هوش مصنوعی باشند، معمار چه وظیفه ای در قبال این ساختمان های هوشمند خواهند داشت؟
فضاهای آینده ممکن است هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشندو مصالح آنها گامی فراتر از مصالح کنونی می باشند، زیرا که معیارهای محدودکننده آن نقشی در ساختمان های آینده نخواهد داشت. زمان ساخت و ساز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاوردهای فناوری نانو صنایع آینده را رقم خواهد زد. تغییر و تحولات در عرصه معماری، نقش پررنگ این فناوری را نشان می دهد. فناوری نانو نویدبخش فرم های جدید، عملکردهای تازه و ارتباط نوین بین مردم، ساختمان و محیط است.
نقش و عملکرد معماران در این شرایط، از بخش طراحی فراتر رفته و به شناسایی و چگونگی عملکرد سیستم ها -تحت اختیار کاربران آنها- سوق داده خواهد شد. زمانی که جوامع بشری به نقطه ای برسند که محیط پیرامون آن کاملا تحت فرمان انسان قرار گرفته، در این صورت فعالیت یک معمار شکل کاملا متفاوت از آن چه امروزه شاهد آن می باشیم به خود خواهد گرفت.
آرشیتکت ها به اقتضای حرفه شان، مشاوران بسیار خوبی می باشند و در کار گروهی عملکردی عالی دارند؛ و به همان صورتی که از گذشته تا کنون با صنعت گران و تولیدکنندگان همکاری و مشارکت داشته اند، این همکاری در آینده نیز به همین صورت تداوم خواهد یافت. با این تفاوت که اساس این تولیدات در آینده تولیدات مولکولی خواهد بود.
وجود محصولات نیمه رسانایی نظیر کوانتوم دات ها و چشمه های کوانتومی، پیش برنده مسایل زیست محیطی و اکو سیستم ها خواهند بود. منابع انرژی پایدار و تجدید شدنی گسترش خواهند یافت. فقدان شبکه های انرژی با مطرح شدن انرژی های برتر و انرژی پاک برطرف خواهد شد. فناوری نانو در حال حاضر پیشرفته ترین فناوری بشر است و اهمیت آن از نیروهای برتر هم به مراتب بیشتر می باشد.
دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همکاری موسسهفناوری ایلینویزساختمان هایی را طراحی می کنند که در آن ها از نانومواد استفاده می شود. انتظار می رود این ساختمان ها طی ۲۰ سال آینده به طور انبوه ساخته شوند. این ساختمان ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله های کربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط کوانتومی و نانوسنسورهایی است که به همراه هم ساختمان هایی مستحکم تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند کرد. در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله ها، ساخت دیوارهای شفاف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممکن می کنند. به گزارش ایسنا با استفاده از نقاط کوانتومی می توان دیوارها و سقف های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یک کلید، ساخت. نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می کنند که درآن ساختمان ها دائما با محیط خود منطبق می شوند.
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن هانانولوله های کربنیودی اکسید تیتانیومهستند، عموما" در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه ای برخورداراست. نانو پوشش های ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعه یو وی مقاوم می سازند. ایننانو پوشش هادر سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده وبه آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن وفرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین های بخار، موتور وتوسعه Iای تی، فناوری این علم افق های تازه ای رابه دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن ها بتوان مواد وفنآوری های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.
برای مثال، گل رسوسرامیک را می توان به ابعاد نانو درآورده وبه صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده ودر محیطی خنثی مصالحی سخت ومقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.
فناوری نانو وپوشش های ساختمانی
نانو پوشش های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان ها ازجمله: سطوح شیشه ای، پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی، آجری، کاشی، سرامیکی، سیمانی و بتنی و… استفاده می شوند. دراین سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست و یا فوق آبگریزهستند واکنش ها برروی سطح صورت می گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش ها ساختمان آنتی باکتریال بوده وبرای سلامتی انسان بی ضررهستند.
نانو پوشش های سنگ و چوب
این نانوپوشش های آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا،مواد ارگانیکیوغیرارگانیکیهستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند.
مزیت ها
پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لک ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی ها.
موارد مصرف
سطوح چوبی
نانوپوشش های سنگ وچوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود. سیمان های الیافی:ساختمان هایی که با سیمان های الیافیساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگوچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.
آجرها وسرامیک ها
درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد.
ماسه سنگ ها و بتن گازی
بتن گازیوماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان هابه کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.
کاشی ها و لوح های سنگی
استفاده ازنانوپوششهای سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.
شیشه
نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربردهای آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.
شیشه های خود تمیز شونده
این نوع نانو پوشش ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیستتشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/هوارا برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد. نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیراقادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده، و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح ازکثیفی هاعاری شود.
شیشه های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا ۸۵درصد ودر تابستان تا ۸۰درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.
شیشه های محافظ در برابر آتش
شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.
بتن
تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ ها که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود
نانوسیلیس ها
با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی از (کلسیم- سیلیکات – هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.
نانولوله های کربنی
تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهاینانولوله های کربنیدر حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است،مدول یانگآنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.
برخی از انواع نانوذرات درچسب های مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.
نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم:نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد. این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار وغشای باکتریاییهستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاوی دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.
حسگرها
حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر؛ دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردهاوارتعاش طراحی شوند.
نانوفناوری، از فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه بوده، قله های آرزوهای دست نیافتنی پیشین بشر را فتح کرده وعرصه های مختلف دانش را زیر سایه خود قرار داده است. این فناوری به نسبت نوظهور، بسیار فراتر از دستاوردی گذراست وبه مثابه بالی برای پرواز بشر به بی کرانهای علم و دانش خواهد بود. در اصل، فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم هاو مولکول هاست. از راه یافتن فناوری نوظهور نانو به گستره مهندسی ساختمان مدت زیادی نمی گذرد. نخستین مطالعات در زمینه کاربردهای نانوفناوری در صنعت ساختمان، به دهه ۱۹۹۰۰ میلادی باز نامید که مهم ترین کاربرد آن دربرگیرنده بهینه "فناوری توانا کننده" می گردد. در بخش ساختمان، فناوری نانو را می توان نوعی سازی مواد ومصالح معمولی و موجود است. ایجاد کاربردهای جدید برای مصالح و از همه مهم تر، چند منظوره کردن مصالح و ایجاد قابلیت پیشگیری از صدمه دیدن مواد، بسیار مورد توجه دانشمندان این عرصه قرار گرفته است. به مدد حضور فناوری نانو در این حوزه و کمک به ساخت موادی با ویژگیهای یاد شده، می توان انتظار داشت که مواد و مصالح را به گونه ای اقتصادی تر تولید کرده و همچنین از منابع طبیعی کمتر برداشت نمود. در مقوله فناوری نانو آنچه که در وهله اول به نظر می رسد دوستدار بودن محیط زیست و صرفه جویی در انرژی است که آن را در زمره پیشرفت های بسیار عالی بشر قرار می دهد.
نانو تکنولوژی علم ابعاد خیلی کوچک
در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک است. نانو به (Nanotechnology)نانو تکنولوژیمعنی بسیار بسیار کوچک است (مقیاس10به توان ۹- بار کوچک تر نیز معنی می شود).اما این تعریف نمیتواند معنای واقعی نانو تکنولوژی را برساند، زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین برمی آید که علم نانو تنهابه ساخت اشیای بسیار بسیار کوچک می پردازد؛ در حالی که پیش از این هم اشیای بسیار کوچک ساخته میشدند، اما آن فرآیند نانو تکنولوژی نامیده نمی شد.
باید گفت که ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمارمی رود.که در میان دانشمندان این فناوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، دریچه ( نانو تکنولوژی ) ترجمه علمیتازه ترین فناوری ای است که بشر به آن ( نانو تکنولوژی ). های مرموز نانو تکنولوژی را بر ما آشکار می کنددست یافته است. در این تکنولوژی سعی می شود با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت،وسایلی ساخته شود تا از مشکلات وسایل فعلی بکاهد و در ضمن کارآیی آنها را نیز چندین برابر کند. برای نمونه، لباسی را که به تن می کنید در نظر بگیرید، بعد از مدت کوتاهی کثیف می شود، آن را می شویید ودر نتیجه به اتو احتیاج پیدا می کند؛ یا اینکه ترجیح می دهیم لباسمان در تابستان خنک و در زمستان گرم باشد. حال نقش نانو تکنولوژی در این میان چیست؟
با استفاده از فناوری جدید نانو، دانشمندان توانسته اند پارچه ای تولید کنند که هیچ وقت کثیف نشود، یعنی هیچ نوع آلودگی روی آن ننشیند جالب تر آنکه اگر چروک شود، فقط با یکبار تکان دادن صاف میشود.استفاده محققان از تکنولوژی نانو در تولید چنین پارچه ای، به معنای آن نیست که ما پارچه ای درمقیاس کوچک تولید کرده ایم، بلکه فناوری نانو، تغییراتی در خواص مولکول های تشکیل دهنده پارچه صورت می دهد و به این ترتیب پارچه هیچگاه کثیف نمی شود و….
با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمام خواص مولکول ها را در خود دارد.
علم یا تکنولوژی
در نگاه اول این گونه به نظر می رسد که نانو یک علم باشد، زیرا با استفاده از آن در خواص مولکولی موادتغییراتی ایجاد می کنیم.اما آیا نانو به واقع علمی نوین در قرن ۱۲ است؟
هنرمندان عصر ما بر این عقیده اند که دوره خلق آثار تازه به پایان رسیده است و باید با نگاهی مجدد به آثارهنرمندان پیشین، هنر آنها را از زاویه دیگری به مردم نشان داد، احتمالا شما هم برخی از این آثار هنریمدرن را که بسیار عجیب هم به نظر می رسند، مشاهده کرده اید.
دانشمندان نیز به تازگی به این نتیجه رسیده اند که دوره کشف علوم جدید پایان یافته است و شاید موقع آنرسیده باشد تا از زاویه ای دیگر به علوم مختلف نگاه شود. آنها معتقدند که می توانند با تغییر در خواصمولکولی مواد، کارآیی آنها را بهبود دهند. به همین دلیل از نانو به عنوان یک تکنولوژی یا فناوری نوین می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ( نانو تکنولوژی ). می برندساخته شده است، عیوب آنها را برطرف کند.
تاریخچه نانو تکنولوژی در دنیا
بعد از دهه90 که فناوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان به پا کرد، در آغاز قرن بیست ویکم دانشمندانتمرکز خود را بر فناوری نوینی معطوف کردند که به عقیده عده ای می تواند آینده بشر را متحول کند. نانوتکنولوژی دارای سابقه زیادی نیست. این موضوع برای نخستین بار حدود40 سال پیش، در سال 1959توسط ریچارد فینمن، دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، مطرح شد. او گفت :اگر دانشمندان ترانزیستور ها را ساخته اند، ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستور ها را با مقیاس "او قصد داشت با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را ." بسیار کوچک بسازیمبسازد.
بعدها اریک درکسلر، دانشجوی رشته کامپیوتر برای پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوشمصنوعی دکترمینسکی – پدر علم هوش مصنوعی- را به عنوان استاد راهنما برگزید. درکسلر علاقه زیادی بهنظریه های فینمن ( ساخت سیستم ها در ابعاد نانو) داشت. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر،نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. نخستین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال ۱۸۹۱ و با موضوع نانومدرک MIT تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. درکسلر نخستین کسی بود که در سال ۱۹۹۱ از دانشگاهFellow Research و Foresight دکتری نانو تکنولوژی را دریافت کرد. وی هم اکنون رئیس انیستیتواست.بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتیدر زمینه نانو تکنولوژی تدوین کردند.
نانو تکنولوژی در ایران
در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجهقرار گرفته است.در کشور ما نیز برای برخورداری از فناوری های نوین تلاش هایی صورت گرفته است. در سال ۲۶۳۱ هجریدفتر " شمسی ( ۴۸۹۱ میلادی) میرحسین موسوی (نخست وزیر وقت) با توجه به اهمیت فناوری روز دنیارا تاسیس کرد
هدف این دفتر، مشاوره علمی و صنعتی در زمینه تکنولوژی های نوین بود. این دفتر در زمان آقای هاشمیتغییر نام " دفتر همکاری تکنولوژی " رفسنجانی نیز به کار خود ادامه داد، تا اینکه در زمان محمد خاتمی بهیافت. این دفتر علاوه بر مطالعه و تحقیق در زمینه تکنولوژی های نوین و مدیریت تکنولوژی در ایران، بادستگاه های کشور در زمینه بسط و گسترش فناوری روز دنیا همکاری می کند.
در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنا بر اهمیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی رابرای حمایت از تحقیقات در این بخش به کار گرفته اند. شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانوتکنولوژی، اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد. جشنواره خوارزمی نیز نشان می دهدکه برخی مواقع تحقیقات بسیار موثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فناوری نوین در توسعه یافتگی کشورها، بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
کاربرد نانو در معماری
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، (CNT) وبتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن ها نانولوله های کربنیهستند، عموما" در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها (TiO دی اکسید تیتانیوم ( 2شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان ها نیز از اهمیتویژه ای برخورداراست. نانو پوشش ها ی ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را بهمقاوم می سازند. این نانو پوشش ها در سطوحی UV حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعهاز جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی ، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار میروند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم دربرابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلمنانوکه باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده وبه آنهاعمریطولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن وفرسودگی می بخشند نیز از دیگرکاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می توان تشخیص داد که ما بادنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین هایفناوری این علم افق های تازه ای رابه دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، ، IT بخار، موتور وتوسعهقادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن ها بتوان مواد وفنآوری های جدیدی را بهدنیا عرضه نمود.برای مثال، گل رس وسرامیک را می توان به ابعاد نانو درآورده وبه صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کردهودر محیطی خنثی مصالحی سخت ومقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.
فناورینانو و پوششهایساختمانی
نانو پوشش های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان ها ازجمله: سطوح شیشه ای، پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی،آجری، کاشی، سرامیکی،سیمانی و بتنی و… استفاده می شوند. دراین سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست و یا فوق آبگریزهستند واکنش ها برروی سطح صورت می گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش ها ساختمان آنتی باکتریال بوده وبرای سلامتی انسان بی ضررهستند.
نانو پوشش های سنگ وچوب
این نانو پوشش ها ی آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا 300 درجه سانتیگراد مقاوم هستند.
مزیت ها: پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لک ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی ها.
موارد مصرف
سطوح چوبی
نانوپوشش های سنگ وچوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.
چوب همواره در معرض دو دشمن دیرینه خود ، آب و اشعه UV قرار دارد. مطالعات نشان داده است که تقریبا هیچ پوشش شفافی به غیر از پوشش نانو نمیتواند مانع جذب این اشعه گردد. از طرفی تمامی پوششهای ضد آب چوب فقط پوشش سطحی هستند و در مقابل آسیبهای فیزیکی مقاوم نبوده و اگر میزان بسیاری کمی از این پوششها از بین برود ، چوب از همان نقطه آسیب پذیر شده و مانند یک دندان از داخل میپوسد.
مواد پوششی نانو چوب تا چند میلیمتر به داخل چوب نفوذ میکنند و بنابر این حتی خراشها نیز نمیتواند خطری برای چوب داشته باشد. در این حالت ، چوب 100% ضد آب میشود . از طرفی اگر نور خورشید به چوب بتابد ، مواد نانو با جلوگیری از ورود اشعه UV به چوب ، از رنگ پریدگی و پوسیدگی و ترک خوردن چوبها جلوگیری میکنند.
برای نانو کردن ، چوب باید کاملا تمیز بوده و هیچ پوششی نداشته باشد. مایع نانو چوب را باید طی 2 مرحله به روی چوب با برس و یا اسپری ، اعمال نمود. حلال این ماده نانو آب است و هیچ خطری ندارد. البته این محصول نیاز به رقیق شدن ندارد و هر لیتر این ماده 20 متر مربع چوب را پوشش میدهد. میزان مصرف نیز به قدرت جذب چوب بستگی دارد.
این پوشش کمی رنگ چوب را تغییر میدهد و مقداری نیز به داخل چوب نفوذ میکند و ماندگاری آنرا به چندین سال افزایش میدهد.
سیمان های الیافی
ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.
امروزه سیمان با توجه به کاربردهای مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمی در زندگی بشر ایفا می کند. از سوی دیگر مساله زمان نیز از موضوعات اقتصادی حائز اهمیت برای صاحبان صنایع به شمار می آید و کاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت.
اخیراً تولیدکنندگان سیمان دریافته اند که کاهش اندازه ذرات سیمان تا ابعاد نانو مقیاس، موجب تسریع در سفت شدن آن می شود؛ لذا گروهی از محققان سوئیسی با استفاده از روش فاز گازی و سنتز به شیوه تزریق شعله ای، به روشی برای آماده سازی مستقیم و تک مرحله ای نوعی سیمان نانوذره ای از جنس نانوذرات سیلیکات کلسیم(همان ترکیب سیمان پورتلند معمولی) دست یافته اند که واکنش پذیری اولیه آن ده برابر بیش از سیمان هایی است که به روش های معمولی تهیه شده اند؛ البته این سیمان بسیار متخلخل بوده و پایداری اش نسبت به سیمان های معمولی کمتر است و هنوز برای کارهای ساختمانی مدرن که مستلزم تحمل بار زیاد است، مناسب نیست.
آنها برای تولید پیش سازهای بسیار ارزان، از برخی مواد شیمیایی مانند محصولات فرعی حاصل از پالایش نفت خام و فرایند آئروسل شعله ای( که در تولید رنگ دانه و کربن بلک به کار می رود) استفاده کردند و موفق به فراوری کامل ترکیبات پچیده ای مانند سیمان پورتلند شدند.
این نانوسیمان برخلاف سیمان پورتلند معمولی، متناسب با دمای محیط واکنش، نانوذراتی با اندازه های مختلف( به طور متوسط یک سوم ذرات مشابه در سیمان معمولی) دارد، همچنین اندازه کوچک این ذرات موجب تغییر کامل رفتار هیدراسیون این سیمان شده و در نتیجه ضمن حفظ همان واکنش های ترمودینامیکی، واکنش های سینتیکی متفاوتی را خواهد داشت.
دانشمندان امیدوارند به رغم تخلخل بالای این مواد، بتوان با توجه به واکنش پذیری اولیه بسیار خوبی که دارند، کاربردهای جدیدی را به ویژه در مواردی که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهمیت است، به وجود آورند.
هم اکنون از این نانوسیمان متخلخل در نوسازی یا عایق کاری کاربردهایی که نیاز چندانی به استحکام در برابر فشردگی ندارند و ترکیب آنها با مواد معمولی به بهبود سخت شدگی آنها کمک می کند، استفاده می شود، همچنین این سیمان در کاربردهای هزینه بر کوچک مقیاس به ویژه اتصالات ساختمانی یا به صورت ترکیبی با فرمو ل ها موجود که به تسریع کار آنها کمک می کند نیز کاربرد دارد.
mW / رهایش انرژی
آجرها وسرامیک ها
درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد.
سرامیک های پیشرفته و کاربرد آن
*سرامیک های پیشرفته به دلیل برخورداری از ویژگی هایی چون پایداری در دماهای بالا، استحکام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الکتریکی خاص و منحصربه فرد، در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیک قرار گرفته اند. مثلاً کاربرد آن ها در ماشین سازی و ساخت قطعات صنعتی به خاطر خواصی چون استحکام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی، بسیار برجسته است.
1- تعریف سرامیک و سرامیک های پیشرفته
به طور کلی به مواد کانی غیرفلزی سرامیک می گویند؛ به این مفهوم که علاوه بر اینکه معدنی هستند در عین حال خواص فلزی ندارند. علمی که به بحث در مورد سرامیک ها می پردازد به علم سرامیک و صنعت مرتبط با آن به صنعت سرامیک موسوم است.
در این صنعت دو شاخه اصلی وجود دارد: 1. سرامیک های سنتی و 2. سرامیک های پیشرفته.
سرامیک های پیشرفته گروهی از مواد نو هستند که با توجه به کاربرد، ارزش افزوده و پیچیدگی فناوری، دارای تقسیم بندی های مختلفی هستند. رایج ترین دسته بندی سرامیک های پیشرفته بر اساس کاربرد آن ها است. این دسته بندی شامل: سرامیک های مهندسی، بیوسرامیک ها، الکتروسرامیک ها و شیشه سرامیک ها می شود. در این بین، الکتروسرامیک ها به علت حوزه وسیع کاربرد و بیوسرامیک ها به خاطر ارتباطشان با حیات بشر از اهمیت خاصی برخوردار هستند.
در حال حاضر پیشرفته یا سنتی بودن یک ماده بیشتر از اینکه به خود آن مربوط باشد به مفاهیم و دیدگاه هایی برمی گردد که بر آن اساس ماده، ساخته شده است؛ به این معنی که نوع نگرش به این مواد، پیشرفته یا سنتی بودن آن ها را تعیین می کند. بنابراین اگر با یک دیدگاه علمی پیشرفته، ماده ای را بررسی و دگرگون کنند که از سال ها قبل وجود داشته است، ماده موردنظر در حوزه مواد پیشرفته قرار خواهد گرفت و برعکس اگر کاربردی بسیار متداول و غیرعلمی و غیرمهندسی حتی از یک ماده جدید مدنظر باشد با حوزه مواد سنتی و متداول سروکار خواهیم داشت.
با ذکر یک مثال می توان مفهوم را روشن تر بیان کرد. گچ و رس جزء مواد بسیار سنتی و متداول هستند و سال های زیادی است که مورد استفاده قرار می گیرند، ولی در حال حاضر می توان با دیدگاه های جدید (مثل نانوفناوری) و در مقیاس اتمی و سلول واحد، تغییراتی را در این مواد ایجاد کرد؛ به گونه ای که دارای خواصی شوند که قبلاً فاقد آن بوده اند. در این صورت گرچه هنوز با گچ و رس سروکار داریم ولی حوزه پیش روی ما مربوط به مواد پیشرفته خواهد بود.
پس به طور کلی می توان مولفه دانش در تولید یک محصول را به عنوان معیاری برای تعیین پیشرفته یا سنتی بودن آن در نظر گرفت، به گونه ای که اگر دانش در تولید یک محصول سرامیکی دارای نقش محوری و اساسی باشد آن ماده را در گروه سرامیک های پیشرفته قرار داده و سرامیک های سنتی را آن دسته از مواد دانست که در تولید آن ها سهم دانش ناچیز باشد.
ماسه سنگ ها
بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.
کاشی ها
استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.
شیشه
نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربرد های آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.
شیشه های خود تمیز شونده
این نوع نانو پوشش ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد.
نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات TiO2 موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO2 قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده٬ و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح ازکثیفی ها عاری شود.
باید توجه کنید که این ماده به شکل یک لایه نیست که روی سطوح کشیده شود، بلکه حاصل یک تغییرشیمیایی در سطح مولکولی است که از آلوده شدن سطوح جلوگیری می کند. این ترکیب آب گریز، نمیگذارد آب یا هر ذره دیگری روی سطح شیشه یا کروم بنشیند. این ماده، بسیار نازک و شفاف است وباچشم دیده نمی شود؛ در نتیجه سطوح شفاف مانند شیشه ها و لنزهای دوربین نیز با آن به راحتی محافظتمی شوند. ذرات نانو روی مولکول های سطح می چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده دیگر روی آن میشوند. آب هرگز روی سطوح آغشته با این ماده نمی ایستد، بنابراین اگر جسمی روی این سطوح بنشیند،تنها با ریختن آب یا باریدن باران پاک خواهد شد.
اگر با میکروسکوپ به سطح شیشه نگاه کنیم، می بینیم که سطوح شیشه ای کاملا صاف نیستند. شیشههایی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می شوند، اجازه می دهند آلودگی ها با آب ترکیب شوند و به اینترتیب بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر بخورند. این مواد همچنین مانع از رسوب نمک هاروی سطوح شیشه ای می شوند. همچنین مواد مذکور به وسیله آب، مواد پاک کننده یا فشار فیزیکی ازسطح شیشه جدا نمی شوند. این محصول نانو از وضوح شیشه ها و همچنین شفافیت آنها نمی کاهد.نگهداری این شیشه ها نیز بسیار ساده و کم هزینه است.
شیشه های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا 85درصد ودر تابستان تا 80درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.
شیشه های محافظ در برابر آتش
شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.
بتن
تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ هایAFM ،SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود
نانوسیلیس ها(SiO2)
با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات – هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.
نانولوله های کربنی (CNT)
تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.
نانو ذرات رس (Nano-Clay)
برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.
نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد. این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
اولین ماده ضد آب با تکنولوژی نانو
زایکوسیل :
زایکوسیل نسل جدیدی از تکنولوژی نانو می باشد که برای ضد آب کردن بتن و مصالح ساختمانی و محافظت از آنها در برابر گرما و اشعه فرابنفش و فرسایش ساخته شده است.
این ماده بخاطر اندازه بسیار ریز (4 تا 6 نانومتر) و قدرت نفوذ بالا (3تا 5 میلیمتر) ، در برابر فرسایش باد ،بارش مداوم باران و اشعه فرابنفش مقاوم است.
در ساخت زایکوسیل مسائل زیست محیطی لحاظ شده اند. این محصول اولین ماده ضد آب، با تکنولوژی نانویی پایه آبی در جهان است، بدین معنی که با بالاترین استانداردهای VOC مطابقت دارد.زایکوسیل در آب حل می شود و محلولی شفاف تشکیل می دهد.
این محلول می تواند برای سطوح تازه ساز و قدیمی ساز بتنی و بناها (مصالح ساختمانی) به وسیله اسپری، قلم مو و یا غلتک استفاده شود. زایکوسیل با سطح بتن و مصالح واکنش شیمیایی داده و پس از خشک شدن بخشی از آنها می شود و آن را به شدت دافع آب می کند و تا زمانیکه مصالح ساختمانی وجود دارند از آنها در برابر آب محافظت می کند.
بتن مسلح، ملات، آسترسیمانی، بلوکه های سیمانی، ورقه های سیمانی سقف، موزاییک، انواع سنگهای طبیعی و مصنوعی، سنگ دانه ها، خاک، دوغاب، آجر، کاشی و محصولات سفالی را می توان با زایکوسیل در برابر آب محافظت کرد.
آب به عنوان ویرانگر بزرگ (حلال و واسطه واکنش) مهمترین عامل نابودی مصالح ساختمانی به شمار می رود. مصالح ساختمانی محافظت نشده می توانند صدمات ظاهری و ساختاری جبران ناپذیری را در اثر جذب آب متحمل شوند مثل:شوره زدگی، رشد قارچ و کپک، سیاه شدن نما، پوسته شدن رنگ، طبله کردن وغیره. مسئله مهم دیگر جلوگیری از تضعیف مقاومت بتن مسلح در اثر واکنش های آلی سیلیکا- قلیایی(ASR)، باران های اسیدی، کربنات شدگی و جلوگیری از نفوذ کلرید، عامل خوردگی میله های فولادی در بتن مسلح می باشد.
زایکوسیل نخستین فن آوری مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست است که در مقابل آب محافظتی طولانی مدت (بیش از20 سال) ایجاد می کند. زایکوسیل با نسبتهای 1 به 10 و 1 به 20 در آب حل می شود،هر لیتراز این محلول آماده می تواند در سطوح افقی 3 تا 4 متر مربع و در سطوح عمودی6 تا 8 مترمربع را پوشش دهد، میزان قطعی مصرف بستگی به خلل و فرج سطح دارد.
برخی از موارد مصرف زایکوسیل بشرح زیر است
کاربردهای عمومی:ساختمانهای جدید، ساختمانهای قدیمی، مناطق ساحلی، ورقه های سقفی سیمانی، محل های فرش شده با بتن، آثارگلی ، کاشی و سفالی، سنگها و آجرهای بدون محافظ.
کاربردهای تجاری و بازرگانی :برج های خنک کننده، تصفیه خانه فاضلاب، لوله های سیمانی و بتنی، پل ها، تراورس های خط آهن، تقاطع های غیر هم سطح، تونل ها، اسکله های دریایی، بار اندازهاو کارخانه های کشتی سازی.
فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.
پژوهشگران دانشگاه هوایی یوفای روسیه، موفق به ابداع تکنیکی برای تغییر ساختار فلزات و آلیاژهایمعمولی به موادی با ساختار نانو و خواص برتر شدند.
پروفسور ولادیمیر استلاریف، پژوهشگر این دانشگاه و از محققان این طرح، درباره تکنیک ابداعی محققانموسوم است، می گوید :
با استفاده از روش تغییر شکل پلاستیک شدید که برای نخستین بار در دنیا ارائه شده، این امکان فراهم آمدهاست که ساختار مواد و آلیاژهای عادی را با عبور از درون یک قالب تحت فشارهای بالا به حالت نانو تبدیلکرد.در یکی از روش های به کار رفته، فولاد یا آلیاژ معمولی از درون قالبی با حفره های دارای زاویه ۰۹درجه عبور داده می شود و طی فرآیند کوچک سازی دانه های ریزساختار از ابعاد میکرومتری به نانو متریتبدیل می شدند. طی این فرآیند که با عملیات تزریق اکستروژن و اعمال حرارت همراه است، شرایط لازمبرای تغییر ساختار آلیاژ فراهم می شود.
با تغییر ساختار ایجاد شده و استفاده از (نانو تکنولوژی)، سختی و استحکام مکانیکی آلیاژ تا چندین برابرافزایش می یابد که از لحاظ کاربردهای صنعتی فولاد و سایر آلیاژها از اهمیت بسیاری برخوردار است.با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمامخواص مولکول ها را در خود دارد.ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده است، " نانو تکنولوژی "عیوب آنها را برطرف کند.
نانو تکنولوژی در معماری
علوم درج نظر
معماری اورگانیک که توسط فرانک لوید رایت به عنوان سازگاری ساختار ساختمان ها بر اساس قرارگیری در طبیعت تعریف شده، امروز در قالب معماری پایدار و افق جدید آن، نانوتکنولوزی مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.
رایت بر این عقیده بود که شکل معماری باید از بطن طبیعت اشیاء به وجود آید و هر شیء نیز به نوبه خود دارای یک زبان خاص برای تکلم و بیان احساس می باشد. به طور مثال تناسبات، چیدمان و بافت آجرخانه روبی، گستردگی بر روی افق را در یک زمین وسیع نشان می دهد. آجر پخته شده از طبیعت برآمده است و دوباره به آن باز می گردد. حال زمانی را تصور کنید که مصالح تشکیل دهنده خانه به قدری کوچک باشد که تنها با چشم مسلح دیده شود، آنگاه تصور کنید که ارتباط بین اشکال، انسان و محیط چگونه تغییر خواهد کرد.
از آنجا که با استفاده از دستاوردهای نانو تکنولوژی یک شیء -ساختمان- در زمان ها و مکان های مختلف می تواند رفتارهای متفاوتی از خود نشان دهد- سخت و غیر قابل انعطاف و یا نرم و سیال- تئوری های شناخت مواد به طور کلی دگرگون می شوند.
در واقع مصالح، هویت ثابت خود را از دست می دهند و دیگر معماری تعریف محدودی در زمان و مکان نخواهد داشت.
رفتار سازه ها و ساختمان ها کاملا ً عملکردگرا و زمینه گرا می شوند. آنها قادر خواهند بود که با انواع دماها، جریان های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و … هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه ریزان طراحی به صورت داده های خام به ساختمان و سازه آن داده می شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل موثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، در محیط سازگار شوند.
یک ساختمان هوشمند، ساختمانی است که خود فکر می کند و با سنجیدن نیازهایش در جهت رفع آنها گام برمی دارد. اما آیا این جواب سوال لویی کان است که پرسید:" این ساختمان چه می خواهد باشد؟". معماران معتقدند که ساختمان ها با آنها صحبت می کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آنها می گویند، ولی اگر ساختمان ها دارای هوش مصنوعی باشند، بدون مشورت با معمار، خود را هر گونه که محیط طلب کند، سازگار می کنند.
کرزوی- یکی از محققان نانو تکنولوژی و تاثیرات آن بر محیط زندگی انسان- پیش بینی می کند که در قرن آینده انسان ها مهمان و ساختمان ها، خود ساکنان و صاحبان اصلی خواهند بود. او معتقد است که استفاده زیادتر از این مصنوعات به طبیعت، در آینده افزایش خواهد یافت. بناهای آینده ممکن است که هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشند. معماری گذشته و سنتی اصولاً به دور انداخته می شوند، زیرا که معیار های محدود کننده ی آن نقشی در ساختمان های آینده نخواهند داشت.
طبق نظر کرزوی زمان ساخت و ساز نیز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاورد نانو تکنولوژی در آینده بشریت بسیار مهم تر از سرنوشت دیگر صنایع است. تغییر و تحولات در عرصه ی معماری، در بعضی کشورها، به خصوص کشورهای پیشرفته و در حال توسعه- به طور مثال در اکثر ساختمان هایی که در دبی ساخته می شوند- نقش پر رنگ این تکنولوژی را نشان می دهد. معماران به ندرت اخلاقیات را قبل از زیبایی و جذابیت بنایشان در نظر دارند، ولی توجه خاص به تکنولوژی که جوابگوی بسیاری از ناتوانایی های آنانست را هرگز در دفتر طراحی جا نخواهند گذاشت. با وجود این اگر هدف معماری فقط خلق اشکال بدیع باشد، به نظر می رسد که در آینده ای نه چندان دور ، معماری به معمار احتیاجی نخواهد داشت.
مدرک بی واسطه و مستدل برخورد مستقیم نانوتکنولوژی و معماری، مصالح (تولیدات فیزیکی) هستند که عموماً کاربری های گوناگونی به ساختمان ها می بخشند. چنین مصالحی، امکانات تازه ای را برای تکمیل و بهبود شیء معماری و اندیشیدن درباره ی شکل جدیدی از زندگی، به وجود می آورند(Rennie,2000,8)
اکنون این سوال مطرح می شود که با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، نقش ثابت معماری به عنوان ماهیت فیزیکی که روابط اجتماعی را شکل می دهد، چه خواهد شد؟ در این صورت، زمان و مکانی که بر شیء معماری مرتبیت است- یعنی تاریخ و اصالت معماری- ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهد شد…
نانو ساختار ها تلاش بی وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرم های جدید، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه می رساند. این یک رویای علمی تخیلی نیست، زیرا علم نانو خیلی سریع تر از یک واقعیت رخ خواهد داد.
خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و . . .) در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند . تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد .
هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد ، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملکرد چند منظوره ، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند .
در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نوظهور بودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند .
مواد نانوکامپوزیت
نانوکامپوزیت ها موادی هستند که ذراتی در مقیاس نانو را در قالب مواد استانداردی مانند پلیمر ها ترکیب می کنند . پلیمر به جسمی گفته می شود که از ترکیب مواد مشابه و از تکرار واحد های ساختمانی یکنواخت ایجاد شده باشد . با ترکیب نانو ذرات می توان به ویژگی های خاصی دست یافت ، یعنی می توان استحکام مکانیکی ، دوام و رسانایی الکتریکی و گرمایی را بر حسب نیاز تغییر داد .
مزیت نانوذرات این است که حتی اضافه کردن مقدار زیادی از این مواد ، وزن ماده مورد نظر را ۵/۰ تا ۵ درصد افزایش می دهد که این مقدار تا حدی قابل چشم پوشی است . تا کنون نانو کامپوزیت های کمی وارد مرحله تجاری شده اند و بیشتر آنها هنوز در مرحله آزمایش و بررسی قرار دارند .
نانوکامپوزیت هایی که شامل نانو ذراتی مانند ف.ی.ل.ت.رها ، نانوتیوب ها ونانو فیبرهای کربنی و گرافیت می شوند ، استفاده گسترده ای در صنعت پلاستیک دارند .
نحوه عمل کرد نانوکامپوزیت
نسبت سطح به حجم نانوذرات بسیار بزرگ است و این امر باعث می شود که خواص آنها به میزان چشم گیری تغییر کند . همچنین این خصوصیت ترکیب نانو ذرات با مواد حجیم را متفاوت می کند . بنابراین کامپوزیت می تواند با توجه به عناصر سازنده آن به کرات بهبود یابد .
کاربردهای کنونی نانوکامپوزیت
پلاستیک های نانوکامپوزیت موارد استفاده متفاوتی دارند برای مثال می توان از خازن های لایه نازک در تراشه های کامپیوتری استفاده کرد . از الکترولیت های پلیمر جامد در انواع باطری ها ، موتور های اتومبیل ، مخازن سوخت و بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود که دو مورد آخر موارد استفاده بیشتری دارند . اگر نانوکامپوزیت نسبت هزینه به کارایی قابل قبولی داشته باشد می تواند نقش بنیادینی در صنعت خودرو سازی ایفا کند .
برخی از نکات موجود در استفاده ار نانوکامپوزیت به شکل تجاری به شرح زیر است :
۱- توسعه موادی حجم وسیع تر با هزینه کمتر
۲- تولید موادی با هزینه کمتر و کارایی بیشتر
۳- توسعه سریع تر و کم هزینه تر از روش های تحلیلی
۴- تسلط بر علم جریان و تغییر شکل ماده در کامپوزیت های پلیمری
۵- افزایش استحکام بدون افزایش حجم
۶- پیشگویی مدل سازی جهت/جریان
مواد نانو کامپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سالهای 700 معرفی شده اندکه از تکنولوژی سول – ژل جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است .
هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است ، ولی رشته نانو کامپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد .
در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانوئی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد . زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی ، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد . از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد :
• تکنولوژی نانوفلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است .
• ذرات نانویی غیر فلز مانند : نانوسیلیکا ، نانوزیرکونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها
تن با عملکرد بالا (HPC(1)
یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملکرد بالا(HPC)می باشد . این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد . خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد .
بنابراین ، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد . روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر ، بتن با عملکرد بالای چند منظوره(MHPC)خواص اضافه دیگری را دارا می باشد ، از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی ، و قابلیت به کار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و … را نام برد .
انوسیلیس آمورف
در صنعت بتن ، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا ایفا می کند .
محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/00 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد . می توان گفت که میکرو سیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود .
محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100 نانومتر یا بصورت ذرات خشک پودر یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند ، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم به کار گرفته شده است . نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند :
* خاصیت ضد سایش
* ضد لغزش
* ضد حریق
* ضد انعکاس سطوح
آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانو سیلیس با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو سیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد .
تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، کار پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است . آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانومتر می باشد .
نانوذرات رس
برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن ، مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس ، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است .
نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن ، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد .
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد . این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی ، ترکیبات آلی فرار وغشای باکتریایی هستند ، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها ، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید . درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند .
حسگرها
حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند ، برای کنترل کیفیت ودوام بتن ، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر، اندازه گیری چگالی ، میزان افت بتن ، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند ، دما ، رطوبت ، غلظت کلر، پی هاش ، دی اکسیدکربن ، تنش ، خوردگی میلگردها وارتعاش طراحی شوند .
فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است . تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها ، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد .
سیمان
خیراً تولیدکنندگان سیمان دریافته اند که کاهش اندازه ذرات سیمان تا ابعاد نانو مقیاس، موجب تسریع در سفت شدن آن می شود ، لذا گروهی از محققان سوئیسی با استفاده از روش فاز گازی و سنتز به شیوه تزریق شعله ای ، به روشی برای آماده سازی مستقیم و تک مرحله ای نوعی سیمان نانوذره ای از جنس نانوذرات سیلیکات کلسیم (همان ترکیب سیمان پورتلند معمولی) دست یافته اند که واکنش پذیری اولیه آن ده برابر بیش از سیمان هایی است که به روش های معمولی تهیه شده اند ، البته این سیمان بسیار متخلخل بوده و پایداری اش نسبت به سیمان های معمولی کمتر است و هنوز برای کارهای ساختمانی مدرن که مستلزم تحمل بار زیاد است ، مناسب نیست .
این نانوسیمان برخلاف سیمان پورتلند معمولی ، متناسب با دمای محیط واکنش ، نانوذراتی با اندازه های مختلف (به طور متوسط یک سوم ذرات مشابه در سیمان معمولی) دارد ، همچنین اندازه کوچک این ذرات موجب تغییر کامل رفتار هیدراسیون این سیمان شده و در نتیجه ضمن حفظ همان واکنش های ترمودینامیکی ، واکنش های سینتیکی متفاوتی را خواهد داشت .
دانشمندان امیدوارند به رغم تخلخل بالای این مواد ، بتوان با توجه به واکنش پذیری اولیه بسیار خوبی که دارند ، کاربردهای جدیدی را به ویژه در مواردی که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهمیت است ، به وجود آورند .
هم اکنون از این نانوسیمان متخلخل در نوسازی یا عایق کاری کاربردهایی که نیاز چندانی به استحکام در برابر فشردگی ندارند و ترکیب آنها با مواد معمولی به بهبود سخت شدگی آنها کمک می کند، استفاده می شود، همچنین این سیمان در کاربردهای هزینه بر کوچک مقیاس به ویژه اتصالات ساختمانی یا به صورت ترکیبی با فرمو ل ها موجود که به تسریع کار آنها کمک می کند نیز کاربرد دارد .
نانو لوله ها
معمولاً الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، کربن و . . . در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد .
نانو لوله کربنی توسط سومیو لیجیما در سال 19911 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند . کربن 60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن ، دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند ، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود 1000 برابر فلز مس می باشد .
نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده اند . یک نسل جدید از نانو کامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره ، بازی می کنند .
نانوپوشش های سنگ وچوب
این نانوپوشش ها ی آنتی باکتریال ، مقاوم در برابر آب ، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند . نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب ، چربی و سایر آلودگی ها را از سطح دفع می کنند . ضمناً نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند . ترکیبات این نانو پوشش ها معمولاً شامل الماس ، نقره ، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند ، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا ۳۰۰درجه سانتیگراد مقاوم هستند .
مزیت ها :
• پوشش سطوح منفذ دار
• حفظ تنفس سطوح
• حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی
• امکان تمیز شدن لک ها ازجمله چربی ها وروغن ها با آّب
• جلوگیری از ایجاد کپک جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی ها
موارد مصرف :
پوشش های سنگ وچوب ، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند . درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود .
ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند . سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها ، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها و کثیفی ها کار بسیار مشکلی است . استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها ، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند .
درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود ، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد .
بتن گازی و ماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند ، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند . در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد . اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود ، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند ، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود .
همچنین استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود .
شیشه
نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند ، در ادامه به برخی ازکاربرد های آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است :
شیشه های خود تمیز شونده
این نوع نانو پوشش ها ، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند ، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح ، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب / هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماماً پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می آورد .
نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می دهند . بنا به گفته متخصصین نانوذرات نانوذرات دی اکسید تیتانیوم موجود در این نانو پوشش ها دارای دو خاصیت است ، یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا نانوذرات دی اکسید تیتانیوم قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است . این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده٬ و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد . خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه ای باقی بماند سطح ازکثیفی ها عاری شود .
شیشه های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا ۸۵درصد ودر تابستان تا ۸۰درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی ، نقش بسزائی داشته باشند .
شیشه های محافظ در برابر آتش
شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است . این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت ، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود .
رنگ نانو عایق
رنگ نانو عایق محصولی است که با کمک فناوری نانو موفق شده است در عین برآورده ساختن مسائل زیست محیطی ، عایق کاری حرارتی با پوشش لایه نازک را به همراه محافظت از خوردگی و مقاومت در برابر رطوبت و رشد کپک و قارچ ، یکجا به ارمغان آورد .
استفاده از رنگ نانو عایق در ساختمان می تواند تا 400% موجب کاهش هزینه های سیستم های گرمایشی و سرمایشی شود . همچنین رنگ نانو عایق موجب افزایش عمر تاسیسات ساختمان می گردد و در یک دوره میان مدت باعث کاهش هزینه های ساختمان از جمله رنگ آمیزی مجدد ، هزینه های ناشی از صدمات رطوبت ، نم و رشد کپک و قارچ و در نهایت هزینه های مربوط به مصرف انرژی می گردد .
مشخصات :
• رنگ آمیزی و عایق کاری دیوارها ، کف ، سقف و بام ساختمان
• کاهش مصرف انرژی و اصلاح الگوی مصرف
• صرفه جویی حداقل 40 درصد در مصرف انرژی سرمایش و گرمایش
• رنگ پایه آب ، بدون نیاز به حلال و دوستدار محیط زیست
• پوشش ضد نم و رطوبت ، آب گریز ، مقاوم در برابر نفوذ باران و رطوبت محیط
• قابل استفاده در نمای بیرونی و بام ساختمانها به دلیل مقاومت بسیار بالا در شرایط جوی مختلف
• با چسبندگی بالا بر روی سطوح فلزی، چوبی، گچی، سیمانی، بتنی، گالوانیزه و سایر سطوح
• دارای قابلیت تنفس رنگ و پوشش به میزان
• قابل شستشو با آب و صابون و راحتی تمیز نمودن سطح
• مقاوم در برابر رشد باکتری ها ،کپک و قارچ
• قابلیت استفاده به صورت بی رنگ (شفاف) متناسب با جنس سطح
• با 1600 طیف رنگی ، جایگزین بسیارمناسب رنگ
• ضد اشعه UV خورشید
• دمای مناسب جهت اعمال پوشش : 10 تا 500 درجه سانتیگراد
نانو عایق پتویی
نانو عایق پتویی انقلابی در عایق کاری صنعتی محسوب می گردد . این عایق قابل انعطاف بوده و ظاهری شبیه به پتو دارد و از الیاف مخصوص و سلیکاژل طی فرآیندی خاص ، در دما و فشار بحرانی و با استفاده از فناوری نانو تهیه شده است . این عایق با ضخامتی در حد میلیمتر و بسیار سبک می تواند در بازه دمایی 265- درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد به عنوان یک عایق حرارتی و برودتی به کار رود .
مزایا :
• دوستدار محیط زیست و بدون هیچگونه مواد آلوده کننده و آزبست
• دوام و پایداری بسیار زیاد در شرایط سخت آب و هوایی
• ضد حریق وآتش مطابق استاندارد
• مقاوم در برابر تخریب گرمایی
• کارایی عالی در دماهای بسیار پایین
• مقاوم در برابر نفوذ آب
• دارای ضخامت بسیار کم
• مقاوم در برابر خوردگی زیر عایق
• ظاهر پتویی شکل ، قابل انعطاف و ضد ضربه
• بسیار سبک و کم حجم
• نصب بسیار سریع و راحت
• دو تا پنج برابر عایق کاری بهتر نسبت به پشم سنگ ، پلی یورتان ، کلسیم سیلیکات و فوم گلاس
• قابل استفاده در صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی ، نیروگاهی و سایر صنایع
نانو عایق پتویی
نانو عایق پتویی انقلابی در عایق کاری صنعتی محسوب می گردد . این عایق قابل انعطاف بوده و ظاهری شبیه به پتو دارد و از الیاف مخصوص و سلیکاژل طی فرآیندی خاص ، در دما و فشار بحرانی و با استفاده از فناوری نانو تهیه شده است . این عایق با ضخامتی در حد میلیمتر و بسیار سبک می تواند در بازه دمایی 265- درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد به عنوان یک عایق حرارتی و برودتی به کار رود .
مزایا :
• دوستدار محیط زیست و بدون هیچگونه مواد آلوده کننده و آزبست
• دوام و پایداری بسیار زیاد در شرایط سخت آب و هوایی
• ضد حریق وآتش مطابق استاندارد
• مقاوم در برابر تخریب گرمایی
• کارایی عالی در دماهای بسیار پایین
• مقاوم در برابر نفوذ آب
• دارای ضخامت بسیار کم
• مقاوم در برابر خوردگی زیر عایق
• ظاهر پتویی شکل ، قابل انعطاف و ضد ضربه
• بسیار سبک و کم حجم
• نصب بسیار سریع و راحت
• دو تا پنج برابر عایق کاری بهتر نسبت به پشم سنگ ، پلی یورتان ، کلسیم سیلیکات و فوم گلاس
• قابل استفاده در صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی ، نیروگاهی و سایر صنایع
نقش فناوری نانو و نانو مواد در معماری پایدار:
آیاتحول در نمودهای انسانی ، از ابزار و مصنوعات گرفته تا روحیات ، شیوه های زندگی و اخلاق و روابط اجتماعی ، در بازه های زمانی بزرگ قابل پیش بینی است؟
جواب دنیای امروز به این سوال بنا به اسناد و مدارک قرن بیست و یکمی، (که به راحتی می توان واژه " بیست" را از کنار "یک" آن حذف کرد، بی آنکه لطمه ای به فرهنگ جهانی امروز وارد شود، گویا در آن بیست قرن مکتوب و چندین قرن نامکتوب یکسره خواب بوده ایم، و تنها، هشت – ده سال است که بیدار شده ایم.) کاملا روشن است: "خیر؛ آینده رفتار، روابط و مصنوعات انسان، کاملا غیرقابل پیش بینی و به سرعت زیادی در حال تغییر است. "
علت این امر را می توان در سرعت پیشرفت علم، تغییرات آب و هوایی و زیست محیطی، رشد جمعیت، جهانی شدن و از بین رفتن مرزهای فرهنگی به علت توسعه ارتباطات به کمک مدیا، دانست. در این دنیای پرش کیهانی(به قول چارلز جنکس)، ابزار بیان و واژه ها در حال تغییرند.
فناوری نانو در کنار دو تحول عظیم دیگر یعنی ژنتیک و فناوری اطلاعات، موج چهارم انقلاب صنعتی را رقم خواهند زد. فناوری نانو پدیده ای است عظیم که در تمامی گرایشات علمی راه پیدا کرده، تا جایی که تا یک دهه آینده برتری فرآیندها به این تحول وابسته است.
نانوتکنولوژی گامی ست دیگر در راستای توسعه ابزارهایی قوی، جهت همگام ماندن با اکوسیستم، استفاده از انرژی های پاک، ساختن کلان شهرها، ایجاد فضاهای مجازی، سالن های ضد جاذبه، عینیت بخشیدن به تله پورتیشن و تئوری های مختلفی که ناتصورند. در این پدیده ما به سمت مصالح ساده ای خواهیم رفت که این بار در مقیاس نانو طراحی شده است تا ابزاری ساخته شود که کارهای سحرآمیزی انجام دهد. ساختمان های آینده بی نیاز از انرژی در طبیعت کربنی، ساختمان هایی خواهند بود که از شبکه های انرژی خارجی استفاده نمی کنند.
اگرقرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنیم و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می کردیم. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتوم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند.
خلق پوشش هایی به ضخامت یک اتم متشکل از ابر متریال های انرژی زا که هم چون لباسی، ساختمان را در بر خواهند گرفت، معماران را قادر می سازد ساختمان هایی پیچیده با قوس هایی ظریف طراحی کنند که حمل کننده باتری های خورشیدی هستند؛ استودیوهای شخصی و تلفن های خورشیدی می توانند انرژی "لباس ساختمان"را برای شارژ باتری های خود در اختیار بگیرند.نانوکامپوزیت ها که از متریال های رایج مانند استیل، بتن، شیشه و پلاستیک به دست می آیند، کارایی، پایداری، و نسبت طول به وزن مصالح را بهبود می بخشند. نانولوله های کربنی، نورپردازی کوانتوم دات ها و نانوسنسورها در تعامل با یکدیگر محیط را حس می کنند، برنامه ریزی می شوند، انرژی را به هم تبدیل می کنند و در نهایت با هم ساختمانی قوی تر، باهوش تر و با حساسیت محیطی بیشتر تولید خواهند کرد.
این چشم انداز بی نظیر دست یافتنی است؛ زیرا ذرات رفتارهای متفاوتی در مقیاس نانو دارند، فضایی که قوانین فیزیک کوانتوم بر آن حاکم است. در دنیای کوانتوم می توان رنگ، فرم و ظاهر اشیا را بسیار ساده تر از مقیاس ماکرو تغییر داد. خواص بنیادین مواد نظیر استحکام، نسبت سطح به جرم، رسانایی والاستیسیته می توانند طوری طراحی شوند که مصالح متفاوت و مهیجی را خلق کرد.
دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما با ساخت میکروسکوپ stm در سال 1981 توسط پژوهشگران شرکت آی بی ام، این امکان به دانشمندان داده شد که برای اولین بار اتم ها ، مولکول ها و پستی و بلندی ها در مقایس جهان نانو را ببینند.
شیشه های رنگی (400-1500) :
علی رغم نا آگاهی از دلیل آن ، در ساخت شیشه های رنگی در زمان های بسیار دور از ذرات نانو استفاده می شده است. رنگ سرخ یاقوتی بعضی از شیشه های رنگی به دلیل نانو ذرات طلا بدام انداخته شده در ماده زمینه آن می باشد . به همان ترتیب رنگ زرد پر رنگ بدلیل نانو ذرات نقره است . اندازه متفاوت نانوذرات، دلیل رنگ های الوان و متنوع بوده است . این مثال از تعویض خواص ظاهر شده در مواد ( در مورد رنگ ها ) در ذرات نانو کلیاتی از خواص این ذرات است.
دروتا و اُمبریا ظروف سفالین با رنگ آمیزی هنرمندانه در قرون 15 و 16 با بکار گیری اشکال ابتدایی از نانو تکنولوژی هستند . سرامیک دروتا با رنگین کمان های شورانگیز یا لعاب های متالیک که در قرون 15 و 16 در سراسر اروپا متقاضیان فراوان داشت . برای دستیابی به رنگهای طلایی و قرمز از نانو ذراتی از فلز مس و نقره به اندازه پنج میلیونیوم متر استفاده می شد که در عوض پخش کردن نور از سطح اجسام موجب می گشت تا نور هایی با طول موج های متفاوت ساتع گردد که موجب بوجود آمدن حالت رنگین کمان یا متالیک می گشت.
3