مقاله کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

بخشی از مقاله

چکیده

باتوجه به افزایش روزافزون تولید×گازهای گلخانه ای و گرم شدن کره زمین و به خطر افتادن محیط زیست و 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 پرداختن 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 هاونانووایرهاو نقش آن ها در جهت بهبود مسایل فوق و همچنین استفاده ازحسگرهای زیستی ×برای درک محیط اطراف و دستاوردهای این فناوری روز دنیا در جهت تولید و نور که در ساختمانها و فضای معماری بسیار دارای اهمیت میباشد.

.1 مقدمه
امروزه مواد نانو ساختار با توجه به رفتارهای بارزی که از خود نشان داده اند مورد توجه بخش صنعت و دانشگاه در دهه های اخیر قرار گرفته اند. در این میان، صنعت ساختمان با توجه به نیازهای خود چه از نظر استحکام، مقاومت و دوام و نیز کارایی بالا از استفاده کنندگان مهم مواد نانو ساختار به شمار می رود.

.2 تاریخچه فناوری نانو

فناوری نانو حدود نیم قرن پیش، در دهه های آخر قرن بیستم همراه با توسعه فناوری های نوین تصویربرداری، دستکاری و شبیه سازی ماده در مقیاس اتمی پدید آمده است. نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، پس از کابردی شدن آن، نام آن نانو شد، به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدن آن زندگی انسان را دگرگون ساخت. ایده نانو تکنولوژی را برای اولین بار ERIC REXLER را به دنیا عرضه نمود، او درآزمایشگاه مشهور MIT متعلق به انستیتو FORESIGHT مطالعات خود را با سیستم های بیولوژیکی شروع کرده و سپس متوجه شد که می توان دستگاه های ملکولی تولید کرد بدین ترتیب ایده نانو تکنوژلوی به نام او ثبت شد. اصطلاح - نانو - برگرفته از یونان قدیم است و به معنی - کوتوله - بوده است.

.3 نانو چیست؟

قرن بیست و یکم، قرن فناوری نانو مهمترین دوران صنعت به شمار می رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جویی و آرامش نامیده می شود. نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است، کوچک شدن یک مقیاس، نانو یک میلیاردم متر است به اندازه ای کوچک که دیده نمی شود اما با تاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان. در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی و تک تک اتم ها، ملکول ها با خواص توده ماده متفاوت است، نانو ذرات در چنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی درعلوم پزشکی و مهندسی می شوند. نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی - ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا" متفاوت در ابعاد نانو است.

تعریف دیگر نانوتکنولوژی - با آرایش دادن و دستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست - . نانومتر، - یک میلیاردم متر - به اندازه چیدن 5 الی10 اتم درکنار یگدیگر است، مکعبی با ابعاد 2,5 نانومتر تقریبا" 1000 اتم را شامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا" متفاوت است. نانو در ملکول های ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود.

.4 خواص نانو ساختار ها

نانو ساختار در صنعت ساختمان خواص زیادی دارد از جمله این خواص می توان به خاصیت مکانیکی، الکتریکی و حرارتی اشاره نمود. نانو ساختارها در سرامیک ها نیز کاربرد دارند. ذرات نانویی غیرفلزی مانند: نانو سیلیکا، نانو زیرکا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشند.

.5 کاربرد مواد نانو ساختار در صنعت ساختمان

مواد نانو به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آن - طول ،عرض ، ضخامت - کمتر از 100 میکرومتر باشد. یک نانو متر برابر یک هزارم میکرون یا حدود 100000 برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی در یک تقسیم بندی عمومی محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد:

1-5 مواد نانو کمپوزیت
2-5 بتن با عملکرد بالا
3-5 سیلیس آمورف
4-5 لوله ها
5-5 فناوری نانو و پوشش های ساختمانی
6-5 ماسه سنگ ها و بتن گازی

7-5 آجرها و سرامیک ها
8-5 کاشی ها و لوح های سنگی
9-5 سیمان های الیافی
10-5 فولاد

11-5 سطوح چوبی
12-5 شیشه

13-5 شیشه های خود تمیز شونده
14-5 شیشه های الکترو کرومیک
15-5 شیشه های محافظ در برابر آتش
16-5 شیشه های کنترل کننده انرژی
17-5 حسگرها

.6 مواد نانو کمپوزیت

مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر - ماتریس پلیمری - اولین بار در سال های 70 معرفی شده اند. هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سال های 80 صورت گرفته است. ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد.

.7 بتن با عملکرد بالا

این بتن ها از نظر دوام و جنس از نوع کمپوزیت می باشد. خواص و رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانوی ماده زمینه بتنی و سیمانی دارد که عامل چسبندگی پیوستگی و یکپارچگی می باشد نانو در بتن با عملکرد بالا ویژگی های بسیاری دارد که از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان ها و خواص مکانیکی و... نام برد.

شکل -1 بتن با عملکرد بالا

.8 سیلیس آمورف

در صنعت بتن، سیلیس یکی از موادی است که نقش مهمی در چسبندگی پرکنندگی بتن با عملکرد بالا ایفا میکند. محصول معمولی همان سیلیکافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد، که دارای قطری در حدود 1 تا 5/1 میلی متر می باشد و دارای حدود %90 اکسید سیلیس می باشد. محصولات نانوسیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100 نانو متر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند که نوع مایع آن معمول ترین نوع سیلیس می باشد. نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

1-8 خاصیت ضد سایش
2-8 خاصیت ضد لغزش
3-8 خاصیت ضد حریق
4-8 خاصیت ضد انعکاس سطوح

.9 لوله ها

نانو لوله ها به ساختارهایی اطلاق می شود که قطرآنها تا حدود 100 نانو متر باشد. آرایش اتم های کربن در دیواره این ساختار استوانه ای دقیقا مشابه ساختار کربن در صفحات گرافیت است درگرافیت شش ضلعی های منتظم کربنی در کنار یکدیگر صفحات گرافیت را می سازند این صفحات کربنی بر روی یکدیگر انباشته می شوند و هر لایه از طریق پیوند های ضعیف واندروالس به لایه زیرین متصل می شوند. و هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده می شوند نانو لوله های کربنی را تشکیل می دهند در واقع نانو لوله های کربنی گرافیتی است که به شکل لوله در آمده است.