بناهای محکم و ایمن با فناوری نانو

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 می‌باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه کنند. با توجه به نوظهور بودن مواد نانو ساختار، چنین موادی می‌توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند. در این قسمت در ادامه قسمت(1)و(2) به بررسی واستفاده از نانو ذرات درساختمان ها می پردازیم.

استفاده از قدرت واکنش کاتالیست ها در ساختمان ها

بسیاری از فرآیندهای صنعتی می توانند تحت تأثیر فناوری نانو قرار بگیرند. همان طور که می دانیم یکی از بزرگ ترین اهرم های فناوری نانو، نانوذرات هستند. به طور کلی نانوذرات کاتالیست های مناسب تر و با کارآیی بهتری ایجاد می کنند. یک کانالیست (زمینه ای که باعث تسریع انجام یک واکنش می شود، بدون آنکه خود در واکنش شرکت کند) هنگامی می تواند وظیفه خود را انجام دهد که سطح آن در تماس با ماده واکنش گر قرار گیرد. از طرف دیگر، در یک جرم ثابت از کاتالیست، اگر اندازه ذرات کوچک تر شود. مساحت سطح بیشتری در اختیار گذاشته خواهد شد و کاتالیست، به فضای کمتری نیاز دارد. به دلیل همین اثر اهمیت فناوری نانو در ساخت کاتالیست ها بسیار زیاد است.

کاتالیست ها، از جهت تمیز کردن محیط زیست هم بسیار اهمیت دارند. این کاتالیست ها با شکستن عوامل مضر و خطرناک برای محیط زیست و تبدیل آن ها به عواملی کم خطرتر این مسئولیت مهم را انجام می دهند. بدون شک ساختمان‌ها یکی از حوزه‌های اصلی تماس انسانها با نانوذرات از طریق تنفس یا جذب از طریق پوست می‌باشد. هم‌اکنون در سیستم‌های تصفیه هوای ساختمان ازنانو کاتالیست‌های فلزی  برای از بین بردن آلوده‌کننده‌های هوا، استفاده می‌شود. نانوکاتالیست ها می توانند کارایی فرآیند ها را بیشتر و آنها را اقتصادی تر کنند. بیشترین کاربرد این نانوذرات در مصارف بهداشتی بوده است. ساختمان ها نیز می توانند برای تمیز و پاک بودن دائمی از قابلیت های فوق بهره بگیرند.

نانوفوتوکاتالیست‌ها می‌توانند بر روی سطح دیوارها، سطح لامپ‌های روشنایی و همچنین فیلتر دستگاه‌های تهویه مطبوع به عنوان بستر قرار بگیرند و با فعالیت کاتالیستی خود، بو و آلودگی‌های محیطی را تجزیه کرده و ضمن تصفیه هوا، سطح بهداشت محیط را بالا ببرند.

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (-Tio2تیتانیا)

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. 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.

در واقع نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (تیتانیا) یک فوتوکاتالیست محسوب می شود یعنی کاتالیستی هستند که با نور کار می کند. این نانوذرات مانند کانالیزور عمل می کنند که کمک می کند مولکول های بزرگ و فعال به مولکول های کوچک تر یا ذراتی با فعالت کمتر شکسته شوند

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 در ساختمان اضافه می شوند. وجود دی اکسید تیتانیوم در مواد و دیواره ها باعث تخریب آلودگی های هوا شده و به تمیز ماندن سطح کمک می کند. نتیجه این امر، ساختمان های سفید و بدون لک و شیشه های تمیز است وجود دی اکسید تیتانیم در مصالح روکار ساختمان نیزباعث تجزیه ی آلودگی های هوا شده و به  تمیز ماندن سطح کمک می کند.پیش بینی می شود که تیتانیای غنی شده به دلیل داشتن خصوصیات ضد میکروبی و گندزدایی، به شکل وسیعی در آشپزخانه ها و سرویس های بهداشتی مورد استفاده قرار گیرد.

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

نانولوله‌ها ی کربنی دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند ، به طوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در در حدود 1000 برابر فلز مس می‌باشد .نانولوله‌ها طبقه جدیدی از محصولات می‌باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده‌اند . یک نسل جدید از نانو کامپوزیت‌های چند منظوره می‌توانند به عنوان نانو لوله‌های کربنی در نقش الیاف مسلح‌کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانولوله‌های کربنی از اجزای کلیدی به دست آوردن هدف اصلی ذکر شده و به عنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره، مورد استفاده قرار گیرند.

همان طور که می دانیم 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.)

فولاد مقاوم با نانو ذرات

افزایش استحکام، ضد اثر انگشت و ضد رنگ بودن از جمله ویژگی‌هایی است که فولاد مبتنی بر فناوری نانو داراست .درواقع فولاد نیز مانند بتن و آسفالت ماده‌ای با ساختار نانویی است. در فولاد نانو ذرات مس به عنوان ساختار پایه‌ای، مرزهای دانه‌های فولاد را شکل می‌دهند که تغییر در این نانو ساختارها، منجر به تولید فولادی مقاوم‌تر، جوش‌پذیر‌تر و پایدارتر در برابر خوردگی می‌گردد. این فولاد بیشتر جهت استفاده در پل‌ها و سازه ساختمان‌ها مورد استفاده قرار خواهند گرفت .

مسأله خوردگی یکی دیگر از معضلات اصلی در رابطه با فولاد است. این مقوله به خصوص در محیط‌های ساحلی و رطوبت خیز، اغلب باعث ایجاد تغییر رنگ قطعه به قهوه‌ای یا جلبکی می‌شود؛ چرا که در شرایط مرطوب و ساحلی، آلودگی نمک در ساحل باعث خوردگی لایه آخر فولاد شده و لایه‌های بعدی به رشد لکه‌های جلبکی کمک می‌کنند. البته ممکن است که این زنگ‌زدگی ساحلی، در کوتاه مدت روی ساختار یا طول عمر این مواد تأثیرگذار نباشد، اما حداقل روی زیبایی بصری طراحی سازه‌های ساحلی مؤثر است. با پوشش‌های مبتنی بر فناوری نانو به راحتی می‌توان این مشکل را برطرف کرد.

شرکت‌های سوئدی Sandvik materials technology به تولید فولادهای با مقاومت بسیار بالا و ضد زنگ با استفاده از فناوری نانو پرداخته‌اند. محصول جدید این شرکت به nanoflex موسوم است، که چند خصوصیت جالب از جمله مقاومت فوق بالا، شکل‌پذیری مناسب و مقاومت در برابر خوردگی بالا را در کنار هم دارد.

منبع: تبیان