کاربردهای تکنولوژی نوین نانو در صنعت ساختمان

تاریخچه

امروزه نانوتکنولوژی یکی از مباحث پرطرفدار در دنیای تحقیق و توسعه است، که توجه جامعهٔ جهانی و سرمایه‌گذاران را تا حد زیادی به خود جلب کرده‌است. این رشته حوزه‌های متنوعی را در برمی‌گیرد و به شدت میان‌رشته‌ای است. نانوتکنولوژی از طریق فهم و کنترل سازه‌های اساسی تمامی مواد فیزیکی (به‌عنوان مثال: اتم، مولکول و نانوساختار) راه‌های جدیدی برای ساخت مواد معرفی می‌کند.^[۱] این تکنولوژی فرصت مناسبی را برای تولید مصالح ساختمانی با ویژگی‌های جدید و ساختار بهبود یافته، به وجود آورده‌است.^[۲] هر روزه اکتشافات جدیدی در این حوزه صورت می‌گیرد و محققان این اکتشافات را در هر راه قابل تصور به خدمت می‌گیرند. در این مطالعه، مروری بر تحقیقات نانوتکنولوژی در صنعت ساختمانی ارائه شده‌است.

کاربردهای نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی فهم و کنترل مواد در مقیاس حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است، که این پدیدهٔ منحصر بفرد منجر به کاربردهای نوین می‌شود. با این حال اگر پدیده‌ای توسط یک ساختار در ۲۰۰ نانومتر به نمایش گذاشته شود، یک مادهٔ فعال در نانوتکنولوژی است و به همین صورت قلمرو پژوهش، نانوتکنولوژی است.^[۳] نانوتکنولوژی به عنوان مهندسی و ساخت در مقیاس نانو، با دقت اتمی تعریف شده‌است. این عبارت معادل با نانوتکنولوژیِ مولکولی است.^[۴] با توجه به جدید بودن نانوتکنولوژی، هر روز ما شاهد کاربردهای جدید این تکنولوژی در صنایع مختلف هستیم. با استفاده از این تکنولوژی می‌توان با امکاناتی فنی و همچنین منابع مالی معینی به تولید ساختمان‌هایی با عمر مفید و مقاومت بالاتری دست یافت.

نانو پوشش‌های چند منظوره

فناوری‌های مواد و حفاظت از انرژی، تأثیر عمده‌ای بر اقتصاد کشورها داشته‌است. این اقدامات حفاظتی شامل توسعهٔ مواد عایق پیشرفته، اقتباس از فناوری‌های روشنایی جدید مانند روشنایی حالت جامد OLED و افزایش سطح چند منظوره برای تمام انواع کالاها است. تبدیل انرژی خورشیدی، ذخیره‌سازی و حفاظت انرژی و حفاظت از سطح می‌توانند مستقیماً از طراحی در مقیاس نانو بهره‌مند شوند. به‌عنوان مثال، دلیل باقی ماندن آب، خاک و لکه‌ها روی بسیاری از سطوح، بزرگ بودن اندازهٔ منافذ روی سطح و همچنین جدا بودن آن‌ها از یکدیگر است. پوشش‌های نانوساختار می‌تواند برای مدت زمان طولانی از منافذ سطوح صنعتی نظیر ساختمان در برابر نفوذ خاک، لکه‌های آب و ضربه محافظت کنند.

نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2)

دی‌اکسید تیتانیم (تیتان) یکی از مواد اولیه مورد استفاده در زندگی روزمره است. تیتان در سه حالت کریستالی روتیل، آناتاز و بروکیت وجود دارد. در حالت کلی، این ماده یک‌نیمه‌هادی است که می‌تواند از نظر شیمیایی با نور فعال شود.^[۵] از کاربردهای این نانوذره در صنایع ساختمانی می‌توان به افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها در سازه‌های اصلی، استفاده در نمای داخلی و خارجی ساختمان‌ها برای دفع آب، جذب کثیفی، مقاومت در برابر اشعه UV، ساخت بتن تقویت شده و خود-تعمیرکننده و خود-تمیزشونده، شیشه‌های خود-تمیز شونده و مقاوم در برابر آتش و شیشه‌های کنترل کنندهٔ انرژی، اشاره کرد.^[۶]^[۷]

انوسلیس‌ها (SiO2)

نتایج حاصل از مطالعهٔ لی در سال ۲۰۰۴ نشان داد که نانوذرات SiO2 تراکم ذرات در بتن حاوی حجم زیاد خاکستر بادی را به مقدار قابل توجهی افزایش می‌دهد (Li, 2004, pp. 1043-1049). این مطالعه نشان داد توزیع اندازهٔ منافذ را با پر کردن منافذ بین خاکسترهای بادی بزرگ و ذرات سیمان در مقیاس نانو بهبود می‌بخشد. پراکندگی/دوغاب نانوسیلیس غیرمتبلور به منظور بهبود مقاومت در برابر تفکیک برای بتن خود-تراکمی استفاده شده‌است.^[۸]^[۹]

حسگرهای مبتنی بر نانوتکنولوژی

حسگرهای در اندازهٔ نانو در سازه‌های ساختمانی برای نظارت دقیق بر آسیب و سلامت سازه و شرایط محیطی استفاده می‌شوند، همانند اندازه‌گیری چگالی، میزان افت بتن، دما، رطوبت، ترک خوردگی، تنش و خوردگی.^[۱۰]^[۱۱]

منابع

↑ Zhu, W. , Bartos, P.J.M. , and Porro, A. (November 2004) Application of nanotechnology in construction, Materials and Structures 9 .(37). pp. 649-658.
↑ Broekhuizen, P.V. , Broekhuizen, F.V. , Cornelissen, R. and Reijnders, L. (January 2011). Use of nanomaterials in the European construction industry and some occupational health aspects thereof, Journal of Nanoparticle Research, 2 .(13). pp. 447–462.
↑ پاپازیگلو، الیزابت اس. و پارتاسارازی، آراویند (1392)؛ نانوبیوتکنولوژی، علوی، سیدابراهیم، کوهی مفتخری اصفهانی، مائده، ابراهیمی‌شاهم‌آبادی، حسن، اکبرزاده‌خیاوی، عظیم؛ جلد اول، تهران.
↑ Goodsell D.S. (2004). Bionanotechnology: Lessons from Nature, Fisrt edition, Willey-Less, New Jersey, USA.
↑ Stamate, M. and Lazar G. (2007) Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Creat Self-Cleaning Materials, Romanian Technical Sciences Academy 13 .(3). pp. 280-285.
↑ Fujishima, A. and Zhang, X. (May-June 2006) Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches, Comptes Rendus Chimie 9 .(5-6). 750-760.
↑ Pradesh, H. (October 2012) Application Of Nanotechnology In Building Materials, International Journal of Engineering Research and Applications 2 .(5). pp. 1077-1082.
↑ Bigley, C. and Greenwood, P. (February 2003) Using Silica to Control Bleed and Segregation in Self-Compacting Concrete, Concrete 37 .(2). pp. 43-45.
↑ Baomin, W. , Lijiu, W. and Lai, F.C. (February 2008) Freezing Resistance of HPC with Nano-SiO2, Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science 23 .(1). 85-88.
↑ Saafi, M. and Romine, P. (December 2005) Nano- and Microtechnology, Concrete International 27 .(12). pp. 28-34.
↑ Song, G.B. , Gu, H.C. and Mo, Y.L. (June 2008) Smart Aggregates: Multifunctional Sensors for Concrete StructuresOA Tutorial and a Review, Smart Materials and Structures 17 .(3). pp. 1–17.

[1] Zhu, W. , Bartos, P.J.M. , and Porro, A. (November 2004) Application of nanotechnology in construction, Materials and Structures 9 .(37). pp. 649-658.

[2] Broekhuizen, P.V. , Broekhuizen, F.V. , Cornelissen, R. and Reijnders, L. (January 2011). Use of nanomaterials in the European construction industry and some occupational health aspects thereof, Journal of Nanoparticle Research, 2 .(13). pp. 447–462.

[3] پاپازیگلو، الیزابت اس. و پارتاسارازی، آراویند (1392)؛ نانوبیوتکنولوژی، علوی، سیدابراهیم، کوهی مفتخری اصفهانی، مائده، ابراهیمی‌شاهم‌آبادی، حسن، اکبرزاده‌خیاوی، عظیم؛ جلد اول، تهران.

[4] Goodsell D.S. (2004). Bionanotechnology: Lessons from Nature, Fisrt edition, Willey-Less, New Jersey, USA.

[5] Stamate, M. and Lazar G. (2007) Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Creat Self-Cleaning Materials, Romanian Technical Sciences Academy 13 .(3). pp. 280-285.

[6] Fujishima, A. and Zhang, X. (May-June 2006) Titanium dioxide photocatalysis: present situation and future approaches, Comptes Rendus Chimie 9 .(5-6). 750-760.

[7] Pradesh, H. (October 2012) Application Of Nanotechnology In Building Materials, International Journal of Engineering Research and Applications 2 .(5). pp. 1077-1082.

[8] Bigley, C. and Greenwood, P. (February 2003) Using Silica to Control Bleed and Segregation in Self-Compacting Concrete, Concrete 37 .(2). pp. 43-45.

[9] Baomin, W. , Lijiu, W. and Lai, F.C. (February 2008) Freezing Resistance of HPC with Nano-SiO2, Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science 23 .(1). 85-88.

[10] Saafi, M. and Romine, P. (December 2005) Nano- and Microtechnology, Concrete International 27 .(12). pp. 28-34.

[11] Song, G.B. , Gu, H.C. and Mo, Y.L. (June 2008) Smart Aggregates: Multifunctional Sensors for Concrete StructuresOA Tutorial and a Review, Smart Materials and Structures 17 .(3). pp. 1–17.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]