بخشی از مقاله
چکیده
نانو مواد یکی از فعال ترین حوزه های تحقیقاتی است که هم دارای علم جدید و هم کاربردهای مفید می باشد و طی دو دهه اخیر به تدریج شکل گرفته است.. صنعت معماری، مهندسی و ساختمانی ممکن است با کاربردهای گسترده ای از نانوتکنولوژی و نانو مواد سازگار باشند. نشان داده شده است که محصولات تولید شده نانوتکنولوژی دارای خواص بی نظیر فراوانی هستند و می توانند به طور قابل ملاحظه ای مشکلات ساخت و ساز فعلی را برطرف و در شرایط و سازمان دهی فرایند ساخت و ساز تغییر ایجاد کنند.
نانو مواد با خواص فیزیکی وشیمیایی ویژه و منحصر به فرد توسط صنعت ساختمانی برای کاربردهای جدیدی مورد استفاده قرار می گیرند با این وجود ما با نگرانی هایی در مورد اثرات بالقوه آنها بر روی سلامتی انسان و محیط زیست مواجه هستیم. در این جا ما سناریوهای در معرض قرارگیری و ازاد شدن زیست محیطی نانو موادی را در نظر داریم که عمدتا در مصالح ساختمانی و درکاربردهای مختلفی از سوی صنعت ساختمانی به کار می روند. برای ارائه یک چشم انداز ریسک و اثرات بیولوژیکی وسم شناسی مربوط به این نانو مواد، شیوه عملکرد آنها نیز در نظر گرفته می شود.
در طول استفاده از یک تکنولوژی جدید، جنبه ها و پیامدهای منفی باید همچنین در نظر گرفته شوند تا به ما در برطرف کردن تاثیرات منفی کمک کنند. در این مقاله خلاصه ای از کاربردهای نانوتکنولوژی و نانو مواد در صنعت ساختمانی و همچنین جنبه های و پیامدهای منفی از نانو ذراتی که می توانند بر روی ارگانیسم های زنده تاثیرگذار باشند ارائه می گردند.
مقدمه
نانوتکنولوژی - که تقریبا نیم قرن پیش معرفی شده است - یکی از فعال ترین حوزه های تحقیقاتی است که هم دارای علم جدید و هم کاربردهای مفید می باشد و طی دو دهه اخیر به تدریج شکل گرفته است. تکامل تکنولوژی و ابزارها و همچنین رشته علمی مرتبط با آن از قبیل فیزیک و شیمی باعث شده اند که تحقیق بر روی نانو تکنولوژی تهاجمی و تکاملی متمرکز گردد.
نانو تکنولوژی با کنترل سطوح اتم ها، مولکول ها، و ساختارهای فرامولکولی قادر به ایجاد مواد و ابزارها می باشد.
به عبارت دیگر، نانو تکنولوژی عبارت است از به کار گیری ذرات بسیار کوچکی از مواد برای ایجاد مواد جدید با مقیاس بزرگ.
اگرچه تعاریف بسیار زیادی از نانو تکنولوژی توسط برخی از محققین ارائه شده است اما مهمترین آنها اندازه ذرات می باشد زیرا خواص مواد به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر یک مقیاس نانومتر - - nm می باشد.
نوید بخش ترین پیشرفت های نانوتکنولوژی عبارتند از فلورنس - یک شکل جدید از کربن - و نانو لوله های کربن
نانو لوله ها که در شکل های 1 و 2 نشان داده شده اند یک صفحه گرافیت لوله شده در یک سیلندر با ردیف مخصوصی از حلقه های شش ضلعی می باشند. درک و توسعه سازه های نانومقیاس می توانند فرایند سنتی تولید و به کارگیری عناصر و مصالح ساختمانی را تغییر دهند.
شکل :1 نانو لوله[6]
شکل :2صفحه گرافیت از نانو لوله[6]
برحسب مزایای مربوط به نانو مواد، نانوتکنولوژی در ساختمان سازی به عنوان یکی از 10 کاربرد هدف در نظر گرفته شده است زیرا می تواند بزرگ ترین مسائل جهان در حال توسعه را حل کند.[7] محصولات نانوتکنولوژی را می توان برای فرایندهای طراحی و ساخت و ساز در بسیاری از زمینه ها مورد استفاده قرار داد. نشان داده شده است که محصولات تولید شده نانوتکنولوژی دارای خواص بی نظیر فراوانی هستند و به طور قابل ملاحظه ای مشکلات مربوط به ساخت و ساز فعلی را برطرف کرده و ممکن است شرایط و سازمان دهی فرایند ساخت و ساز را تغییر دهند
با این وجود نمونه های بسیاری در تاریخ مدرن وجود دارند که نشان دهنده اثرات زیست محیطی غیر عمدی تکنولوژی های نوید بخش هستند که شامل آزاد سازی مواد شیمیایی هوشمند در محیط زیست می باشند. بنابراین به کار گیری یک رویکرد مناسب در جهت ارزیابی ریسک و تعدیل اثرات بالقوه نانوذرات در مصالح ساختمانی و اکوسیستم و سلامت انسانی اهمیت دارد
این مقاله به بررسی و استناد سازی کاربردهای نانو مواد می پردازد که قادر به بهبود رقابت جویی کلی صنعت ساختمانی می باشند و همچنین جنبه های مضر استفاده از نانوتکنولوژی را مورد بررسی قرار می دهد. داده ها و اطلاعات از تحقیقات جمع آوری شده و بر روی پایه های نانوتکنولوژی و کاربردهای نانوتکنولوژی و نانو مواد در حوزه های ساخت و ساز متمرکز می شوند.
کاربردهای نانو مواد در ساختمان سازی
نانو تکنولوژی را می توان برای فرایندهای طراحی و ساخت و ساز در بسیاری از حوزه ها به کار گرفت، زیرا محصولات تولید شده نانوتکنولوژی دارای ویژگی های بی نظیر فراوانی هستند. این ویژگی ها می توانند به طور قابل ملاحظه ای مشکلات ساخت و ساز فعلی را برطرف کرده و ممکن است شرایط و سازمان دهی فرایند ساخت را تغییر دهند.
برخی از کاربردهای نانو مواد در صنعت ساختمانی شامل مصالح ساختمانی با عملکردهای زیر می باشند:
• بهبود تکنیک ها و مواد اتصال لوله
• پوشش با نگهداری پایین و رنگ های چند عملیاتی
• بهبود خواص مواد فلزی
• کاهش سرعت انتقال گرمایی اشتعال آتش و عایق بندی
• افزایش جذب صدا - عایق صوتی -
• افزایش قابلیت بازتاب شیشه
بتن
بتن یکی از متداول ترین مصالح ساختمانی است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. افزودن مواد نانومقیاس به سیمان میتواند عملکرد آن را بهبود بخشد. نانو - Sio2سیلیکا - می تواند به طور قابل ملاحظه ای نیروی تراکمی بتن را افزایش داده و حجم گسترده ای از خاکستر بادی را پوشش دهی کرده و توزی ع اندازه منفذ را با پرکردن منافذ بین خاکستر بادی بزرگ و ذرات سیمان در نانو مقیاس بهبود بخشد. پراکندگی/دوغاب نانوسیلیکای بی شکل برای بهبود مقاومت تفکیک برای خود متراکمی بتن به کار گرفته میشود.[ 9] همچنین گزارش شده است که افزایش میزان اندکی از نانو لوله کربن - - %1 برحسب وزن می تواند هم مقاومت تراکمی و هم مقاومت خمشی را افزایش دهد
ترک خوردگی یک موضوع مهم برای بسیاری از سازه ها محسوب می شود. دانشگاه دانشگاه ایلینوی در آمریکا بر روی پلیمرها ی ترمیمی تحقیقاتی را انجام داده است که شامل یک عامل ترمیمی میکرو کپسولی شده و یک محرک شیمیایی کاتالیزوری می باشند
زمانی که میکروکپسول ها توسط یک ترک شکسته می شوند، عامل ترمیمی در ترک آزاد شده و با کاتالیزور تماس برقرار میکند.پلیمر سازی رخ میدهد و لایه های ترک خورده به هم متصل میشوند. پلیمر خود ترمیمی به ویژه برا ی تثبی ت میکرو ترک خوردگی در پایه ها و ستون های پل کارآمد و مفید می باشد.
کامپوزیت های سازه ای
فولاد یکی از مصالح ساختمانی مهم به شمار می رود. خواص آن از قبیل مقاومت، مقا ومت در برابر خوردگی و جوش پذیری برای طراحی و ساخت و ساز بسیار اهمیت دارند.
شرکت FHWA همراه با , U-S Navy, Steel Institute American Iron شروع به توسعه کربن اندک و جدید و فولاد با مقاومت بالا - HPS - برای پل ها در سال 1992 کردند. فولاد جدید با مقاومت خوردگی و جوش پذیری بالاتر با در نظر گرفتن نانو ذرات مس توسعه پیدا کرد.
شرکت Sandvik Nanoflex فولاد جدیدی با مقاومت بسیار بالا، قابلیت شکل پذیری خوب و یک پوشش مناسب می باشد که توسط تکنولوژی مواد Sandvik nanoflex توسعه یافت. Sandvik nanoflex به دلیل عملکرد بالای خود برای استفاده در نواحی که مستلزم طرح های سخت و سبک می باشند مناسب است. این مولفه ها برای کاربردهای معین می توانند حتی نازک تر و سبک تر از مولفه های تشکیل شده از آلومینیوم و تیتانیوم باشند. مقاومت در برابر سایش و خوردگی خوب آن مقرون به صرفه است. سطوح مقاومت در برابر سایش و جاذبه از طریق عملکردهای مختلف به دست می آیند
MMFX2 یک فولاد نانو سازه ای اصلاح شده است که توسط MMFX STEEL CORP تولید شد. این فولاد در مقایسه با فولاد سنتی اصولا دارای یک میکرو سازه مختلف می باشد. این سازه بی نظیر باعث ایجاد نیروی فوق العاده 3 - برابر قوی تر - شکل پذیری، سختی و مقاومت در برابر خوردگی در فولاد MMFX2 می شود. به دلیل هزینه بالا، مقاومت فولاد ضد زنگ در سازه بتن محدود به محیط هایی با ریسک بالا می شود. فولاد MMFX2 می تواند ی ک جایگزین محسوب شود، زیرا مانند فولاد ضد زنگ دارای مقاومت در برابر خوردگی اما با یک هزینه بسیار کمتر می باشد.
پوشش
پوشش های که نانو ذرات یا نانو لوله های معین را در نظر می گیرند برای اهداف خاصی توسعه یافته اند و یکی از کاربردهای مهم نانوتکنولوژی در ساخت و ساز محسوب می گردند. برای مثال Tio2 - نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم - به دلیل خواص ضدعفونی کننده و ضد آلودگی خود برای براق کردن پوشش مورد استفاده قرار میگیرد. Tio2 از طریق واکنش کاتالیزوری قوی قادر به تجزیه و متلاشی کردن آلودگی های ارگانیک خواهد بود. افزون بر این، این آبدوستی است که به آب اجازه می دهد تا به صورت یکنواخت بر روی سطح پخش شود و آلودگی هایی را که قبلا تجزیه شده اند با خود بشوید و ببرد. پوشش های ویژه دیگر نیز از قیبل کنترل گرمایی، ذخیره انرژی و پوشش آنتی رفلکس توسعه پیدا کرده اند
نانوحسگرها
حسگرهای سیستم های مکانیکی نانو میکروالکتریکی - MEMS - توسعه پیدا کرده اند و برای کنترل شرایط محیطی و عملکرد مواد/ سازه مورد استفاده قرار گرفته اند. یکی از مزایای این حسگرها بعد آنهاست. دامنه نانوحسگر از10 -5m تا 10-9 m می باشد دامنه های میکروحسگر از 10 -4m تا10 -2m است. این حسگرها را می توان در طول فرایند ساخت و ساز در سازه تعبیه کرد.
دستگاه اسمارت - یک وسیله چند کاربردی مبتنی بر پیزوالکتریک با هزینه پایین - برای کنترل خواص بتن اولیه از قبیل رطوبت، دما، رطوبت نسبی و افزایش مقاومت اولیه به کار گرفته شده است. حسگرها می توانند همچنین برا ی کنترل ترک خوردگی و خوردگی بتن مورد استفاده قرار گیرند.
دستگاه اسمارت برای کنترل سلامت سازه نیز به کار می رود. سیستم مذکور قادر به کنترل تنش های داخلی، شکاف ها و نیروهای فیزیکی دیگر در سازه ها در طول حیات سازه ها میباشد و قادر به ارائه یک علامت اولیه از سلامت سازه قبل از اینکه شکست سازه رخ دهد می باشد.
شیشه
تحقیق درباره کاربرد نانو تکنولوژی برای شیشه انجام می شود که ماده مهم دیگری در ساخت و ساز محسوب می گردد. نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم Tio2 برای براق کردن پوشش مورد استفاده قرار می گیرد زیرا دارای خواص ضدعفونی کننده و ضدآلودگی می باشد. ذرات قادرند واکنش های قوی که به تجزیه آلاینده ها ی آلی، ترکیبات آلی فرار، و غشاهای باکتریایی می پردازند را کاتالیز کنندTio2 آبدوست است و قادر به جذب آب باران و شستشوی ذرات آلوده می باشد. بنابراین ارائه نانوتکنولوژی در صنعت شیشه می تواند خاصیت خود پاک کنندگی شیشه را به ثبت برساند.
شیشه محافظ در برابر آتش کاربرد دیگر نانوتکنولوژی است که با استفاده از یک لایه متورم شونده شفاف موجود بین دو پانل شیشه تشکیل شده از نانو ذرات سیلیس - Sio2 - می رود. بنابراین شیشه باید مانع از ورود نور و گرما به داخل ساختمان شود. نانوتکنولوژی قادر به ارائه یک راه حل بهتر برای مسدود کرده ورود گرما و نور مجاز از طریق پنجره ها می گردد. نماهای شیشه ای در ساختمان ها حوزه بزرگی را برای ابداعات نانوتکنولوژیکی در صنعت ساختمانی تشکیل می دهند.
تقاضا برای ساختمان سبز بسیار بالاست:
نانو مواد ارائه دهنده یک مرز جدید برای ساختمان های سبز است. پیش بینی میشود که بسیاری از مزایای عملکرد محیطی نانوتکنولوژی به دلیل بهبود در عایق بندی و پوشش دهی خورشیدی به دنبال پیشرفت هایی در نفوذ پذیری هوا و آب، تکنولوژی خورشیدی و فاصله بیشتر در نوردهی و مولفه سازه ای باشند. به عنوان مثال میتوانیم به بهبودهای موجود در نانو پوشش ها برای عایق بندی، خودپاک کنندگی ، مقاومت خوردگی و ضد آب بودن اشاره کنیم. برخی از پوشش های موجود ترمیم کننده هستند زیرا می توانند آلاینده ها را از جو اطراف ساختمان دور و برطرف کنند.
درحالی که موانعی برای پذیرش نانوتکنولوژی در صنعت ساختمانی وجود دارد خبرهایی از بسیاری از محصولات ارتقا یافته نانویی وجود دارند که نسبت به محصولات متعارف بهتر عمل می کنند. ما می توانیم از بسیاری از کاربردهای نانوتکنولوژی بهره گیری کنیم از جمله انرژی خورشیدی برای مصالح سازه ای تا عایق بندی، پایین آوردن هزینه ساختمان های سبز کاهش مصرف انرژی و محیط زیست.
هزینه های تولید در حال کاهش هستند که باعث می شوند نانوتکنولوژی کاهش پسماند و مواد سمی کاهش مصرف انرژی و مصرف مواد خام امنیت بیشتر ساختمان های پاک تر و سالم تر و دیگر مزایای بهداشتی و زیست محیطی را به دنبال داشته باشد.
نانوتکنولوژی اثرات چشمگیری بر روی شیوه زندگی ما دارد. پیشرفت های زیادی برای کاربردهای جدید وجود دارند. برای حرفه معماری، نانوتکنولوژی تاثیر زیادی بر روی مصالح ساختمانی و ویژگی های آن دارد نانو مواد به شیوه های مختلفی عمل می کنند و قادرند ویژگی های خود را به صورت دقیق تر در نانو مقیاس کنترل کنند.
زمانی که مواد به ویژگی های ناپایداری میرسند طراحی ساختمانی و ساخت و ساز تغییر می کنند. با تغییر ویژگی های ضروری مواد نانوتکنولوژی قادر به تغییر شیوه ساخت و ساز خواهد بود نانوتکنولوژی تاثیر زیادی بر روی صنعت معماری در همه مقیاس ها وطراحی داخلی طراحی ساختمانی و طراحی شهر خواهد داشت. معماری می تواند در سطوح بهینه تری عمل کند و روش زندگی ما را متحول سازد.
