نانو تکنولوژی در معماری

[panoram 5055]

 

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

 

 

[panoram 5055]

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 مؤثری در نانو تکنولوژی با طرح تئوری پراکندگی نور توسط ذرات داشت . او نشان داد که امواج کوتاه در پراکندگی نور مؤثر 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.

[panoram 5055]

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..

[panoram 5055]

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.

[panoram 5055]

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 .

نشریه ی هنرهای زیبا " مقاله ای برگرفته از پایان نامه ی کارشناسی ارشد سمیرا عباسعلی پور

[سامیار220 10919]

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.