[کاربردهای فناوری نانو] - ساختمان

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پوشش های کاربردی 2

پوشش های کاربردی 2

برای حفظ استحکام ساختمان و وسایل داخل آن می توان از انواع پوشش ها استفاده کرد. از جمله این پوشش ها می توان به پوشش هایی اشاره کرد که بر روی سقف ساختمان ها قرار می گیرند و در زمستان و تابستان با تغییر رنگ خود به تیره یا روشن باعث حفظ انرژی می شوند. همچنین می توان با استفاده از دسته دیگری از پوشش ها مانع تخریب ابنیه تاریخی شویم و حتی باعث جلوگیری از فرسایش چوب، انواع بتن و اسکلت های فلزی گردیم. همه این موارد با استفاده از دانش نانو ممکن می شود و در این مقاله با تمامی موارد فوق آشنا خواهیم شد.

 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فناوری نانو در عمران و ساختمان سازی می تواند باعث استحکام بیشتر، ظاهر بهتر، کنترل فرسایش، کاهش مصرف و کاهش اتلاف انرژی و پاک و پاک کننده بودن یک خانه برای محیط زیست گردد. در این مقاله سعی بر آن است تا تعدادی کاربردهای نوین نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان معرفی گردد تا بتوان با استفاده از آن تحولی عظیم، را در صنعت ساخت و ساز کشور شاهد باشیم.

کاشی‌های تغییر رنگ دهنده برای جلوگیری از هدررفتن انرژی
اگر تا‌به‌حال در یک روز آفتابی با پای برهنه به پشت‌بام خانه‌ی خود رفته‌باشید، با سوزش پای خود متوجه این پدیده می‌شوید که سطوح تیره گرما را جذب می‌کنند. این پدیده در زمستان می‌‌تواند برای ما خوب باشد؛ چرا که باعث کاهش هزینه‌ی سوخت می‌گردد. اما در تابستان با گرم‌ترکردن خانه، باعث استفاده‌ی بیش‌از‌حد از سیستم خنک‌کننده گردیده و خوشایند نمی‌باشد. دلیل این‌که بیشتر مردم تمایل به پشت‌بام‌های به رنگ سفید دارند، این است که از نظر بهینه سازی مصرف انرژی، مناسب‌تر می‌باشند. مسئله‌ی هدررفتن انرژی، مسئله کوچکی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت.
استیو چو، وزیر انرژی امریکا، که از طرفداران سرسخت رنگ سفید برای پشت‌بام ساختمان‌ها می‌باشد، در این رابطه می‌گوید:
در‌صورتی‌که پشت‌بام‌های تمام ساختمان‌های دنیا به رنگ سفید درآید، انتشار گازهای گلخانه‌ای در طول بیست سال را به اندازه‌ی یک سال تولید جهانی کاهش می‌دهد. اما برخی دیگر معتقدند که مثلاً در شهرهای شمالی و سردسیر دنیا، اتلاف زمستانی می‌تواند مهم‌تر از بهره‌ی تابستانی باشد. بنابراین راه حل ایده آل، آن است که در گرما از رنگ سفید و در سرما از رنگ مشکی برای پشت بام استفاده شود.​


شکل 1 – امروزه آلودگی هوا یکی از مهمترین دغدغه های بشر است

دانشجویان دانشگاه MIT ، کاشی‌هایی را ابداع کرده اند که بر مبنای تغییر دما، تغییررنگ می‌دهد؛ یعنی به هنگام گرم‌شدن، سفید شده و بخش اعظم گرمای خورشید را منعکس می‌کنند و موقع سردشدن نیز سیاه شده و گرما را جذب می‌کنند.
در این طرح از محلول آبی نوعی پلیمر تجاری که معمولاً در ژل‌های مخصوص مو به کار می‌رود، استفاده شد. نمونه‌ی اولیه‌ی این محلول، در محفظه‌ای بین لایه‌های شیشه و پلاستیک و نمونه‌های بعدی بین لایه‌های پلاستیکی انعطاف‌پذیر با یک لایه‌ی سیاه در پشت محفظه قرار داده شد.
زمانی‌که دما از حدی پایین‌تر باشد (با تغییر فرمولاسیون می توان این دمای حدی را، تغییر داد)، پلیمر به صورت محلول باقی‌مانده و سطح سیاه از میان آن رویت می‌شود، و می تواند نور خورشید را بهتر جذب ‌کند. اما هنگامی‌که دما بالا می‌رود، پلیمر متراکم شده و به قطرات کوچکی تبدیل می‌گردد که این قطرات به دلیل کوچک بودن، نور را پخش نموده و سطح سفیدی را ایجاد می‌کنند که گرمای خورشید را بازمی‌گرداند.


شکل 2 – کاشی هایی با روکش پلیمری که متناسب با دمای هوا تغییر رنگ می دهند

هم‌اکنون سعی بر آن است تا بتوان محلول پلیمری را در محفظه‌های کوچک‌تری با حفظ خاصیت تغییر رنگ‌پذیری‌شان، قرار داد تا قابلیت پوشش‌دهی هر سطحی به صورت اسپری یا حتی با قلم مو، مثل یک رنگ معمولی، فراهم شود. دراین‌صورت با هزینه‌ی کمتری می‌توان این کپسول‌های کوچک را بر روی هر سطحی به کار برد.

 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار

روکش های ضد خوردگی فولاد
یکی از معضلات اصلی در رابطه با به کارگیری قطعات از جنس فولاد ضدزنگ، مسأله خوردگی است. این مقوله به خصوص در محیط های ساحلی و رطوبت خیز، اغلب باعث ایجاد تغییر رنگ قطعه به قهوه ای یا جلبکی می شود. چراکه در شرایط مرطوب و ساحلی، آلودگی نمک در ساحل باعث خوردگی لایه آخر فولاد شده و لایه های بعدی به رشد لکه های جلبکی کمک می کنند. البته ممکن است که این زنگ زدگی ساحلی در کوتاه مدت روی ساختار یا طول عمر این مواد تأثیرگذار نباشد. اما حداقل روی زیبایی بصری طراحی سازه های ساحلی مؤثر است.​


شکل 3 – شدت خوردگی فولاد در محیط های ساحلی با غلظت رطوبت بالا، بسیار شدیدتر است

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با روکش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچۀ مصرف این آرماتورها، به ویژه در محیط های خورنده، نشان می دهد که در بعضی موارد، این روش موفق و در پاره ای موارد ناموفق بوده است. به هرحال، اگر روکش سالم به کار گرفته شود، با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.


شکل 4 - نمایش تهیه، و شبیه سازی های مربوط به روکش دهی فولاد

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهۀ اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد، همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هرحال، عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است.


شکل 5 - استفاده از روکش های بازدارنده از خوردگی بتن می تواند سرعت خوردگی بتن را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش دهد.

بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند. ولی به دلیل گرانی زیاد، هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند. برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری، روکش های مختلف سطحی نیز، روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این روکش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند، با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند. عملکرد دوام این روکش ها، به شرایط محیطی وابسته است. روی هم رفته، روکش های با پایه سیمانی، هم ارزان تر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه، پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.
به عنوان مثالی از کاربرد مواد نانوروکش در بتن، می توان به مورد زیر اشاره کرد، که یک نوع روکش آبگریز است که مانع نفوذ آب به درون بتن می شود. این مواد می تواند شامل ترکیبات دی آلکوکسی های اکسید های سیلسیم باشند. این روکش آبگریز همچنین، خاصیت ضد سایش دارد و در برابر تغییرات دمایی مقاوم است. این پوشش همچنین، با آّب یا شوینده های معمولی پاک نمی شود.


شکل 6 - روکش های ضد آب مانع ورود رطوبت به داخل بتن و خوردگی فولاد و در نتیجه ترک خوردن بتن می شود

ترکیبات نانویی نظیر بنزوتری‌‌آزول توانسته اند با ایجاد خواص ضدخوردگی و دافع رطوبت، این معضل را حل کرده و هزینه های تعمیر و نگهداری این سازه ها را که به علت خوردگی و زنگ زدگی تحمیل می شوند، را کم کنند. فناوری Liquid nanotechnology پوششی است که اخیرا در آمریکا توسعه داده شده است و سطوح فلزی را در برابر اشعه UV مقاوم می کند و در نتیجه لایه رویی فلز خورده نمی شود.
اخیرا روکش هایی به بازار عرضه شده اند که در دمای اتاق و به راحتی و بدون زیرسازی به عنوان پوشش روی فلزاتی از جمله فولاد، روی و آلومینیم می توان به کار گرفته شود. یک دسته ویژه از این نانو روکش ها از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در بستری از پلیمرهای باردار نظیر پلی‌اتیلن آمین و یا سولفانات پلی‌استایرن بدست می آید. استفاده از این پوشش باعث افزایش فوق العاده مقاومت در برابر خوردگی می شود. برخی از این روکش ها بدون مواد نفتی بوده و ضمن از بین بردن همه لکه ها و خوردگی ها، سطح را بسیار صیقلی کرده و از خوردگی و ایجاد لک ها تا چندین سال جلوگیری می کند.


 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
افزایش ماندگاری چوب با استفاده از فناوری نانو
قطع بی رویه درختان و دسترسی کمتر به چوب، در کنار شرایط آب و هوایی خاص، مانند گرم و مرطوب و دیگر عوامل محیطی که در طی گذشت زمان ممکن است باعث از بین رفتن کارایی چوب گردد، ما را به استفاده از فناوری های نوین که باعث بهبود این مواد و افزایش طول عمر آنها می شود، ناگزیر می کند.​


شکل 7 – نانو روکش بر روی کفپوش های چوبی می توانند آنها را ضد آب و در برابر پوسیدگی، آلودگی و خراش حفاظت کند.

استفاده از نانوپوشش هایی نظیر انواع پوشش های اپوکسی در جهت بهبود خواص و افزاش عمر چوب از دیگر کاربردهای فناوری نانو در حوزه ساختمان است. با استفاده از این فناوری می توان خواصی مثل تمیزکنندگی، لکه بری، ظاهر واضح و افزایش کیفیت و کارایی سطوح و کف های چوبی را در ساختمان-ها به وجود آورد.

روکش های ضد دست نوشته

مشکل اصلی گچ ها، آجرها، یا سیمان های معمول، خاصیت جذب بالای آنهاست که موجب می شود این مواد بسترهای بسیار خوبی برای نوشته ها یا نقاشی ها باشند. روش معمول برای غلبه بر این مشکل، مبتنی بر یک روکش پلی اورتان است که محافظتی دایمی ایجاد کرده و از نفوذ رنگ به داخل دیوار جلوگیری می کند. این روکش از دو جزء تشکیل می شود که پس از اعمال شدن روی دیوار، باهم واکنش می دهند.


شکل 8 – سطوح دارای پوشش ضد دست نوشته به آسانی پاک می شوند

هر نوشته یا نقاشی روی این سطح به راحتی تمیز می شود. به هر حال چیز کمی در این روکش وجود دارد که بتوان آن را «نانو» نامید. با این حال، این اصطلاح برخی مواقع در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد.
نگهداری آثار باستانی و میراث فرهنگی با پوشش های نانویی
آثار باستانی و بناهای تاریخی به عنوان سازه های بارز و میراث هر کشوری به شمار می روند. لذا لازم است که این بناها در مرحله اول به خوبی مرمت و بازسازی شوند و در مرحله بعدی از آن ها محافظت دائمی به عمل آورد.
فناوری نانو با ایجاد پوشش های پیشرفته جهت محافظت سطوح ابنیه، می تواند آنها را از تخریب با عوامل محیطی و تخریب توسط بازدیدکنندگان، به طور دائمی محافظت کند.


شکل 9 – با استفاده از نانو پوشش ها می توانیم بنا های تاریخی را از آسیب حفظ کنیم. ( سی و سه پل – اصفهان )

نانوپوشش های ابر آبگریز و ضد لک و همچنین مقاوم به جوهر و رنگ جهت جلوگیری از نوشتن یادگاری و تخریب که موسوم به AntiGraffiti نیز هستند، که می توانند ابنیه تاریخی و مهم و همچنین ساختمان های تجاری و اداری با نماهای گران قیمت را حفظ و حراست کنند.
امروزه محصولات ضددست نوشته زیادی وجود دارد که به صورت شیمیایی مواد معدنی ابنیه باستانی ترکیب شده و در برابر خراش و شرایط بد آب و هوایی نیز مقاوم است. این مواد که در برابر اشعه UV نیز مقاومند، اجازه چسبیدن رنگ و دیگر ذرات آلاینده را به سطح بنا نمی دهند.

بازار نانو روکش ها در صنعت ساخت و ساز
شرکت ها به این موضوع پی برده¬اند که با استفاده از نانوذرات روی سطح، لایه های نازک پیوندهای قوی تر و منعطف تری با زیر لایه ها ایجاد خواهند کرد. این پوشش ها نرم تر، قوی تر و با دوام تر هستند. صنایع رنگ و پوشش، اولین کسانی خواهند بود که از مزایای این قابلیت ها استفاده خواهند کرد. امروزه کارخانجات تولید پوشش مجبور هستند انتظارات مشتریان را برآورده کنند، ولی این کار با شیمی پلیمری مرسوم و موجود معمولاً قابل انجام نیست. قبلاً نشان داده شده است که نانوذرات غیرآلی می توانند بهبود قابل ملاحظه ای در مقاومت در برابر خراشیدگی ایجاد کنند. انتقال این ویژگی ها به پوشش های پلی اورتان همیشه ممکن نیست و علت آن نبود نانوذرات فعال در حلال های مناسب و نیز مشکلات مربوط به سازگاری است. توانایی کنترل پوشش های سطوح در مقیاس نانو، از عوامل مهم توسعه صنعتیِ فناوری نانو به شمار می رود. در حال حاضر، روش های فیزیکی و شیمیایی زیادی برای ساخت نانولایه ها و نانوروکش ها و کنترل نانومتری ساختار و گروه های عاملی وجود دارد. ولی با این حال، افزایش مقیاس برای این روش ها همچنان یک چالش جدی است.
بازار نانوروکش ها در سال2007 در صنعت ساخت و ساز حدود 48 میلیون دلار آمریکا بود. سیستم های پوشش دهنده مبتنی بر نانومواد قسمت اعظم این بازار را تشکیل می دهند. برای مثال پوشش های ضدباکتری، حفاظت کننده و رسانا از این جمله هستند. با این حال سیستم های شکلی و پوشش های با قابلیت تغییر خاصیت آب گریزی آب دوستی و پوشش های حاوی ذرات ترموکرومیک در حال توسعه هستند که در چند سال آینده به بازار خواهند آمد. جدول زیر تخمین درآمد حاصل از بازار نانوروکش ها در صنعت ساخت و ساز را بین سال های 2006 تا 2015 نشان می دهد.




پیش بینی درآمد جهانی نانوروکش ها در صنعت ساخت و ساز برحسب میلیون دلار 2006 تا 2015​
سال2006200720082009201020112012201320142015
بازار ساخت و ساز3548721151245330460563625750
منابـــــع :
  • 1.ابوالقاسم کوچکی، علی عباسی، حامد افشاری، حسین شکی، عمادالدین هرات یفر، امیرحسین میردامادیان، فناوری نانو در صنعت ساختمان و کاربردهای آن ، چاپ دوم، دبیرخانه ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
    [*=left]2.“Anti-Corrosive Graphene Coatings: An Active-Passive Alternative to Hexavalent Chromium Coatings” Robert V. Dennis, Vincent Lee, Lasantha Viyannalage, Steven M. Henderson and Sarbajit Banerjee, Department of Chemistry, University at Buffalo.
    [*=left]3.50 years corrosion-free steel from a single solvent-free coating, www.hockway.com & http://www.hockway.com/product-data-sheets.asp
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
سطوح آنتی باکتریال و کاربرد آن در ساختمان

سطوح آنتی باکتریال و کاربرد آن در ساختمان

صنعت ساختمان ارتباط بسیار نزدیکی با سلامت جامعه دارد. از نانو ذرات نقره و نانو ذرات مس با توجه به خاصیت آنتی-باکتریال آنها می توان در صنعت ساختمان سازی استفاده نمود و خصوصیات منحصر بفردی به سطوح ساختمانی بخشید. این ماده در مقایسه با دیگر روشهای آنتی باکتریال کردن دیگر مثل استفاده از مواد شیمیایی و شوینده بسیار موثر تر عمل می کند. فرآیندهای فعلی گندزدایی عوامل زیستی پیچیده، طاقت فرسا، و گران هستند. برای فرار از انجام این فرآیندها روکش های جدیدی ساخته شده که به صورت مداوم می تواند سطوحی را که در معرض عوامل زیستی همانند هاگ ها قرار دارند را ضدعفونی کند. می توان از این روکش ها در محدوده وسیعی از کاربردهای نظامی و امنیتی نیز استفاده کرد. این روکش ها با استفاده از روش های معمول، روی سطح اعمال می شود.
افزودنی های روکش ها در مقیاس نانومتری طراحی می شوند، تا اجزای ضد میکروبی در سطح تماس هوا قرار گرفته و بهترین برهمکنش را با عوامل بیماری زا داشته باشند. این افزودنی ها حاوی مقدار بسیار کمی اجزای ضدمیکروبی هستند. میزان تاثیر این مواد به میزان سطح تماس آنها با محیط وابسته است. در این حالت آلودگی و مواد روغنی روی سطح، با تابش نور خورشید به سطح تجزیه شده و از بین می رود. این ماده می تواند دی اکسید تیتانیوم باشد .


 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
سطوحی با پوشش آنتی باکتریال، آنتی میکروبیال و خودتمیزشونده

به دلیل گسترش روز افزون جمعیت ساکن بر روی کره زمین و در پی آن رشد بسیار سریع بیماری ها و باکتری های بیماری زا، محققان بر آن شدند تا با استفاده از راهبردهای پیشگیرانه مانع از بروز بیماری شوند. چرا که در صورت بروز یک بیماری کنترل آن و جلوگیری از شیوع آن کاری بسیار سخت و گاهی غیرممکن خواهد بود. در سالیان اخیر محققان موفق به شناسایی ترکیباتی فلزی با خاصیت آنتی باکتریال شده اند که این ترکیبات می توانند از رشد و نمو باکتری ها و قارچ ها و دیگر عوامل بیماری زا جلوگیری کنند. از جمله روش های به کارگیری این مواد، استفاده از آن ها در ترکیبات لعاب کاشی و سرامیک های بهداشتی است. چرا که پوشش های سرامیکی اغلب با غذا و نوشیدنی ها و مایعات و مواد زائد آلوده در تماس هستند که از عوامل مهم در ایجاد باکتری های مختلف به شمار می روند.


شکل 1 – خوراکی ها مناسب ترین محل برای رشد میکروب ها و انتشار آلودگی هستند.

ارائه ترکیبی ایده آل و کارآمد با خاصیت آنتی باکتریال با استفاده از مواد فوتوکاتالیست نانویی که علاوه بر خواص میکروب-زدایی از نظر اقتصادی قابل تولید و با صرفه باشد می تواند با به کارگیری در اماکن عمومی نظیر بیمارستان ها از انتشار و بیماری-زایی باکتری ها ممانعت به عمل آورد و به این ترتیب علاوه بر پیشگیری از شیوع بیماری در بین افراد در هزینه های درمان نیز صرفه جویی نمود.


شکل 2 – بیمارستان ها یکی از مراکز مهم در انتشار بیماری هاست.


ویژگی های این مواد، که عمدتاً از نانوذرات TiO2 تشکیل شده اند، به شرح ذیل است:

آنتی باکتریال: پوشش های فوتوکاتالیستی که حتی می تواند با اسپری کردن روی انواع سطوح قرار بگیرد، با تحریک الکترون ها و ایجاد پدیده اکسیداسیون در این نانوذرات، خاصیت گندزدایی ایجاد می کند که حتی بسیار بهتر از مواد شوینده شیمیایی و سفیدکننده ها است.

خود تمیزشوندگی: پوشش های فوتوکاتالیستی از بلورهایی تشکیل شده اند که در مقابل نور خاصیت خود پاک کنندگی پیدا می کنند. علاوه بر این، دی اکسیدتیتانیم ابرآبدوست می باشد و باعث می شود تا مولکول های آب بر روی کل سطح گسترده می شوند و زمانی که جریان پیدا کردند آلودگی ها را از روی سظح کنده و با خود می برند.

تصفیه هوا: اکسیژن های مولکول دی اکسیدتیتانیوم با آب موجود در هوا واکنش داده و رادیکال های OH- آزاد شده باعث تجزیه NOx های موجود در آلودگی هوا می گردد، آنها را به HNO3 بی ضرر تبدیل می کنند. جالب توجه اینکه ظرفیت تصفیه هوای1000 مترمربع از کاشی های پوشیده شده با فوتوکاتالیست، معادل ظرفیت تصفیه هوای 70 درخت صنوبر است.

 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
محققان دانشگاه New South Wales استرالیا، پوششی را تولید کرده اند که با استفاده از آن، نظافت سرویس¬های بهداشتی به کاری بسیار آسان تبدیل می شود. محققان مرکز نانومواد کاربردی این دانشگاه امیدوارند با استفاده از پوشش نازکی از ذرات دی اکسیدتیتانیوم بتوان سرویس های بهداشتی را همیشه تمیز نگه داشت.
در اغلب خواص سطحی، نحوه تر شوندگی سطح، نقشی برجسته-ای در خواص نهایی ایفا می کند. ترشدن یک سطح وابسته به کشش سطحی میان مایع ترکننده، جامد ترشونده و فاز گازی اطراف آن است. علاوه بر این سه عامل، که توسط برهمکنش های مولکولی ایجاد می شوند، زبری سطح یا ساختارهای خاص سطحی، نقشی کلیدی در پدیدة ترشدن دارند.



شکل 3 – مقایسه سطوح مختلف از نظر آبدوستی و آبگریزی

سطوح را می توان به دو دسته آبگریز و آبدوست تقسیم بندی کرد. انواع مختلف پلاستیک ها مخصوصاً آنهایی که دارای تعداد زیادی کربن فلوئوره هستند (مثل تفلون) جزء معروف ترین انواع سطوح آبگریز محسوب می شوند.سطوح آبدوست معروف شامل سطوح فلزی و شیشه-های معمولی هستند.
از نظر شیمیایی می توان سطوح را به دو دستة فعال و بی اثر (غیرفعال) تقسیم بندی کرد. سطوح آبدوست به طور معمول تمایل بیشتری به ایجاد پیوند با مواد جذب شده دارند و سطوح آبگریز تمایلی به ایجاد چنین پیوندی ندارند. متأسفانه بسیاری از مواد فنی مناسب، همانند شیشه و فلز، در دسته آبدوست ها قرار می گیرند. این سطوح به دلیل انرژی سطحی بالایشان به آسانی لکه می گیرند. انرژی سطحی یک فلز تمیز بسته به میزان تمیز بودن آن به راحتی به 1000 میلی نیوتون بر متر می رسد (انرژی سطحی آهن حدود 2500 میلی نیوتون بر متر است) در مقابل، انرژی سطحی تفلون تنها معادل 18 میلی نیوتون بر متر است. به همین دلیل، تلاش های زیادی برای کاهش کشش سطحی سطوح مختلف صورت گرفته است. خاصیت ابرآبگریزی، اصطلاحاً به اثر نیلوفر آبی ( lotus effect ) معروف است. این خاصیت در برگ گل نیلوفر آبی به دلیل وجود برجستگی های فوق ریز بر روی برآمدگی های میلیمتری است.


شکل 4 – برگ نیلوفر آبی و خاصیت آبگریزی آن

وضعیت ترشوندگی یک سطح توسط زاویه تماس آن سطح با یک قطره مایع بر روی آن سطح تعیین می شود. زاویه تماس یک سطح، شیب خط مماس در نقطه تماس بین سطح و مایع است. زاویه تماس صفر درجه، معادل ترشوندگی کامل است. در مورد آب این حالت به نام اَبَرآبدوستی یا ترشدگی کامل نامیده می شود. در نقطه مقابل این حالت، زاویه تماس180 درجه قرار دارد. سطوحی که دارای زاویه تماس بسیار بزرگی ( بیشتر از 150 درجه )، اَبَرآبگریز نامیده می شوند.



شکل 5– زاویه ترشوندگی و رابطه آن با آبدوستی و آبگریزی سطح

به عنوان مثال، با روکش دهی تفلون بر روی جنگلی از نانولوله¬های کربنی که به صورت هدفمند رشد یافته اند، زاویه تماس180 درجه و در حقیقت یک سطح ابرآبگریز ایجاد می شود. معمولاً زمانی که زاویه تماس آب بالای100 درجه است، ویژگی دفع روغن و آب افزایش می یابد. این ویژگی در سطوح نچسبی همانند تابه های نچسب (تفلون) مورد استفاده قرار گرفته است. راه کارهای جدید، مبتنی بر نانوکامپوزیت های آلی- معدنی هستند که ویژگی هایی شبیه ویژگی های پلیمرهای پرفلوئوره (همانند تفلون) ایجاد می کنند.


 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار

آلودگی سطوح اَبَرآبگریز یا سطوح دارای اثر نیلوفر آبی بسیار کمتر از سطوح دارای انرژی سطحی بالاست. به علاوه، ذرات آلاینده ای که به سستی به این سطوح پیوند یافته اند، به راحتی با ترشدن (مثلاً در اثر بارش باران)، پاک می شوند.
علاوه بر روش کاهش انرژی سطحی که برای ایجاد خاصیت ذاتی دفع لک، می توان با استفاده از فتوکاتالیزورها، به آلودگی جذب شده بر روی سطوح حمله کرده و آنها را تجزیه کرد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم می توانند در این زمینه مورد استفاده قرار بگیرند. مثال هایی از این کاربردها عبارتند از پنجره های خودتمیزشونده و روکش های خودتمیزشونده روی سرامیک ها می باشد.



شکل6 – تصویر ساختمانی که با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم پوشانده شده است، این ساختمان همیشه تمیز و ضد عفونی خواهد بود

در اینجا بخش ماورای بنفش نور ، توسط دی اکسیدتیتانیوم جذب می شود. این نانوذرات با جذب نور ماورای بنفش در حضور مولکولهای آب می توانند اجزای اکسیژن فعال تولید کنند؛ که این اجزا قابلیت حذف موثر فیلم های باکتریایی، تجزیه مولکول های آلی و آلودگی های متصل شده به سطح را دارا می باشند. با روکش دهی دیوارها، پیاده روها و سقف ساختمان ها با این ذرات، اثر مطلوب خودتمیزشوندگی به وجود آمده می تواند باعث پاک شدن سطوح بسیار چسبنده ای همانند شیشه هم شوند. با این حال، این روش تنها برای کاربردهای خارج از منزل (همانند نمای خارجی) مناسب است. و علت آن این است که این سطوح بیشتر در معرض تابش اشعه ماورا بنفش خورشید هستند. چون همانطور که اشاره شد سطوح خودتمیز شونده تحت تابش نور UV فعال شده و خاصیت خودتمیز شوندگی را از خود نشان میدهند.


شکل 7 – پوشش نمای خارجی ساختمان ها با TiO2 و تصفیه آلودگی های محیطی

 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
نانوذرات نقره:
برای ایجاد خاصیت ضدباکتریایی، علاوه بر نانوذرات دی-اکسیدتیتانیوم می توان از نانوذرات نقره نیز بهره برد. نقره یک فلز قیمتی قابل انعطاف و زیبا می باشد. تک ظرفیتی، نرم به رنگ سفید و براق و عدد اتمی 47 دارد. این عنصر بالاترین هدایت الکتریکی را در میان تمامی فلزات حتی بالاتر از مس دارد. دارای بالاترین انعکاس(بازتاب) نوری است این فلز در حالت خالص در برابر هوا و آب پایدار است. از خواص کاتالیزوری نقره در واکنشهای اکسیداسیون استفاده می شود. انحلال پذیری نقره درآب بسیار کم است اما برای ایجادخاصییت ضد باکتریایی همان مقدار بسیار اندک کفایت می کند. بهترین محیط برای انحلال نقره اسید نیتریک غلیظ و داغ است. در فناوری نانو ذرات نقره یونهای نقره به صورت کلوییدی خاصییت آنتی باکتریال دارند. نقره از ایام قدیم به عنوان یک ماده ضد باکتری شناخته شده است. کوچک کردن ذرات این فلز موجب افزایش فعالیت آن شده و خاصیت ضدباکتریایی آن را افزایش می دهد. ویژگی ضد باکتری بودن نقره به علت انتشار آرام و آهسته اما مداوم یون های نقره است. نسبت سطح به حجم بسیار بالای ذرات نقره سبب می شود که یون ها به سهولت منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب ها را بکشند. همچنین وجود نقره سبب می شود که دیواره و غشاء سلولی میکروب ها سست و ناپایدار گردد که این ناپایداری غشاء سلولی به معنی مرگ زودرس میکروب خواهد بود. از ویژگی دیگر نانو نقره این است که ویژگی آنتی میکروبیال نقره با گذشت زمان کاهش پیدا نمی کند.
می توان نانوذرات نقره را داخل رنگ وارد کرده و از آن برای رنگ آمیزی دیوارهای داخل بیمارستان ها یا اتاق هایی که نیاز به ضدعفونی بودن دارند، استفاده کرد



شکل 8 – استفاده از پوشش های آنتی باکتریال در کف و دیوار بیمارستان ها موجب استریل بودن این سطوح می شود

نانو ذرات مس:
از دوران باستان، مس نیز همانند نقره به عنوان یک فلز ضد انگل شناخته شده بود. اکثر وسایل بیمارستانی قدیمی هم از جنس برنج بوده است(برنج آلیاژ مس و روی است). در راستای تولید پوشاک ضد باکتری، پارچه های جدیدی ابداع شده اند که دارای روکشی از جنس مس است که از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. همانند آنچه برای نقره توضیح داده شد، یون های مس نیز به سمت دیواره های سلولی باکتری هجوم برده و آن را تخریب می کنند. استفاده از نانو ذرات مس که نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارند باعث افزایش چشمگیر خاصیت آنتی باکتریالی این ماده می شود.

استفاده فناوری نانو جهت رفع آلودگی فضای محیط زندگی و کار


با در نظر گرفتن اثرات زیان بار و خساراتی که آلاینده¬های هوا از قبیل CO ، SOx ، NOx هیدروکربن ها و غیره ناشی از رشد روزافزون جمعیت و صنعت در محیط زیست ایجاد می کنند، لزوم تحقیق و مطالعه در این زمینه و یافتن بهترین و عملی ترین راهکارها برای حل این مشکل ضروری می نماید. یکی از این روش ها استفاده از فناوری نانو است. در واقع نقش نانوپدیده هایی همچون نانولوله-ها، نانوحسگرها، نانوکاتالیست ها و نانوکامپوزیت ها در محیط زیست، با توانایی حذف یا کاهش آلاینده های هوا در دهه های اخیر در کشورهای مختلف به کار گرفته شده است. نانوفوتوکاتالیست ها می-توانند بر روی سطح دیوارها، سطح لامپ های روشنایی و همچنین فیلتر دستگاه های تهویه مطبوع به عنوان بستر قرار بگیرند و با فعالیت کاتالیستی خود، بو و آلودگی های محیطی را تجزیه کرده وضمن تصفیه هوا، سطح بهداشت محیط را بالا ببرند.

منابـــــع :

  • 1.ابوالقاسم کوچکی، علی عباسی، حامد افشاری، حسین شکی، عمادالدین هرات یفر، امیرحسین میردامادیان، فناوری نانو در صنعت ساختمان و کاربردهای آن ، چاپ دوم، دبیرخانه ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
    [*=left]2.http://en.wikipedia.org/wiki/Antimicrobial_surfaces
    [*=left]3.A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment Catalina Marambio-Jones • Eric M. V. Hoek
    [*=left]4.Nano-silver – a review of available data and knowledge gaps in human and environmental risk assessment
    [*=left]5.Review:Antimicrobial Polymers in Solution and on Surfaces: Overview and Functional Principles , Felix Siedenbiedel and Joerg C. Tiller *
    [*=left]6.] Rencontre InnotechPhotocatalysis:A keytechnologyfor depollutingbuildings

 
بالا