کاربرد نانوتکنولوژی در ساختمان سازی

کاربرد نانوتکنولوژی در ساختمان سازی

صنعت ساخت و ساز این قابلیت را دارد که از فناوری نانو به منظور کاهش هزینه های ساخت و تعمیر و نگهداری و کاهش هزینه های انرژی استفاده نماید. موادی که در ساخت ساختمان به کار می روند باید در مقابل نیروهای وارده حداکثر استحکام و مقاومت را داشته باشند و در طول زمان کارایی خود را حفظ کنند . ضمناً همواره مطلوبست که هزینه های ساختمان همزمان با افزایش کارایی مواد، کمتر شود. ایمنی ساختمان در برابر زلزله و میزان صرفه جویی در انرژی بسیار ضروری به نظر می رسد. وقتی که رقابت در بین سازندگان شدیدتر می شود می توان از فناوری نانو برای خلق قابلیت هایی مانند خودتمیزشوندگی، کنترل و کاهش اتلاف انرژی به کمک عایق ها، تامین و ذخیره انرژی، کنترل آلودگی های، جلوگیری از خوردگی و کاهش امواج صوتی مزاحم و … کمک گرفت. بنابراین در این قسمت به بررسی پوشش هایی با کاربرد ی در این زمینه ها می پردازیم. به عنوان مثال به بررسی روکش های مقاوم در برابر آتش سوزی خواهیم پرداخت، سپس به بحث کوتاهی در کاربرد نانوتکنولوژی در عایق کاری ساختمان ها می پردازیم. بعد از آن بحث روکش-های ضد سایش و خراش را با هم پی می گیریم و در نهایت به روکش هایی خواهیم پرداخت که می توانند بر روی پشت بام ها نصب گردند و با استفاده از نور خورشید الکتریسیته تولید کنند.


انواع روکش های کاربردی و کاربردهای آن در صنعت ساختمان
روکش های انسدادی
مقاومت در برابر آتش
ثابت شده  است که افزودنی های نانو همچون نانوذرات رس ( Clay ) می توانند به عنوان عوامل ضدآتش در پلیمرها به کار رفته و یا عملکرد عوامل ضدآتش فعلی را بهبود بخشند. این نانوکامپوزیت ها در اثر سوختن، پوسته ای غیرقابل اشتعال تولید می کنند که به عنوان مانعی در برابر گازهای ناشی از حرارت عمل می کنند. به علاوه این افزودنی ها از چکیدن پلیمرهای در حال سوختن جلوگیری می کنند. و در نهایت با ایجاد یک لایه ضد نفوذ مانع رسیدن اکسیژن به بستر در حال سوختن می شوند. که هر سه مورد برای مهار آتش ضروری هستند.

روکش های عایق حرارتی

مبنای مواد عایق، بر دارا بودن تعداد زیادی از حفرات است که تا حد امکان بتوانند هوا را در میان خود نگه  دارند. مواد عایق، از خاصیت رسانش پایین هوا استفاده کرده و جلوی جریان آزاد هوا را می گیرند. بنابراین چگالی این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. هر چه چگالی کمتر باشد، هوای بیشتری درون ماده محدود شده و در نتیجه خاصیت عایق بندی آن افزایش می یابد. توانایی عایق بندی یک ماده مشخص همانند پشم شیشه را می توان با ضخیم کردن لایه عایق افزایش داد.

چندرسانه ای 1: کاربرد نانوفناوری در TBC های سرامیکی عایق حرارتی

در این عرصه، مواد نانوحفره ای ویژگی های بسیار جالبی ارائه می دهند. آئروژل های سیلیکایی پایین ترین رسانایی و چگالی را در میان مواد جامد دارا هستند. برخی این مواد را دود منجمد شده می نامند. رسانایی حرارتی آنها می تواند تا حد W/(m.K) 016/0 پایین بوده و چگالی 0.005 – 0.2 گرم بر سانتی متر مکعب داشته باشند.

چندرسانه ای 2: کاربرد نانوفناوری درعایق های حرارتی آئروژلی

این مواد، با استفاده از فرایند سل ژل ( رجوع شود به بخش سنتز نانو مواد مقالات سنتز نانو ذرات به روش سل ژل ) تولید می شوند. با این حال آئروژل سیلیکایی بسیار شکننده بوده و تولید آن بسیار گران است. بنابراین، عایق های انعطاف پذیرتر و ارزان تری تولید شده اند که توانایی عایق بندی بسیار بالایی داشته و می توانند بسیار باریک تر از مواد عایق معمول باشند. از جمله این مواد می توان به فیبرهای عایق اشاره کرد.

عایق حرارتی نانویی به صورت رنگ
یک نمونه ساده از اهمیت های غیر تفننی رنگ را می توان در میزان انرژی جذب و نشر متفاوت آنها دانست. رنگ یک طبیعت موجی دارد. امواجی که آنها را امواج الکترومغنطیسی می نامیم با طول موج های مختلف به سطح ماده ای که روی سطح ساختمان قرار گرفته اند برخورد می کند. ماده فقط امواجی با سطح انرژی های خاص را جذب می¬کند و موجهایی با سطوح انرژی دیگر را نمی پذیرد. رنگی که از ماده می بینیم از امواجی است که ماده آن را نپذیرفته یا جذب نکرده است. هر موجی صاحب مقدار معینی انرژی است. می توان با انتخاب رنگ مناسب در داخل و خارج خانه میزان تبادل انرژی را از داخل خانه به بیرون یا بالعکس را کنترل کرد.

عایق حرارتی نانو، ماده جدیدی از فناوری نانو می باشد که محافظ و عایق حرارتی مناسبی در مقابل هر سه نوع انتقال گرما شامل تابش، رسانش و همرفتی است. خصوصیت ویژه این محصول، مایع بودن آن است که امکان استفاده از آن را بر روی سطوح فلزی و غیر فلزی توسط پیستوله، برس و رول های نقاشی فراهم می کند و با صرف هزینه نسبتاً کمی، می توان حتی از آن در ساختمان های در دست بهره برداری نیز استفاده نمود و هیچ گونه تغییر ظاهری نیز در ترکیب ساختمان ایجاد نمی کند.

شرکت آمریکایی Industrial Nanotech این امکان را فراهم کرده است که با رنگ کردن، عایق کاری صورت گیرد. این شرکت محصولی تولید کرده که برای عایق کاری تأسیسات، لوله ها و مخازن به کار می رود و هم چنین محصولات مشابهی برای مصارف خانگی به بازار عرضه کرده که با استقبال باورنکردنی مواجه شده است. این رنگ به روش های بسیار ساده اسپری، رول یا قلم مو اعمال می شود و از ورود و خروج گرما و سرما از مکانی به مکان دیگر جلوگیری می کند. لازم به ذکر است که ماده اصلی به کار رفته در بیشتر رنگهای عایق حرارتی پودر آیروژل است که به روش سل ژل تهیه می گردد. آیروژل ها دسته ای از مواد عایق هستد که به دلیل چگالی بسیار پایین و داشتن خلل و فرج بسیار بالا، بهترین عایق حرارتی شناخته شده تا کنون است. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقالات مرتبط با این موضوع مراجعه کنید. (رجوع شود به بخش سنتز نانومواد، مقالات سنتز نانو ذرات به روش سل ژل ).
تولید کننده دیگری یک روکش سرامیکی متخلخل عایق حرارتی به صورت اسپری حرارتی از جنس زیرکونیوم پایدار شده با ایتریوم را برای موتورهای توربین گازی صنعتی و هواپیماها تولید می کند تا قطعات فلزی داغ را از گاز داغ جدا کند.

شرکت آمریکایی Mascoat Products از سرامیک های در ابعاد میکرو برای تولید عایق های حرارتی و ضدخوردگی که اسپری می شوند، استفاده می کند.

روکش های مقاوم در برابر خراشیدگی و سایش

محافظت در برابر ساییدگی و ترک خوردگی
با کاهش اصطکاک یا افزایش استحکام سطحی با استفاده از روکش ها می توان میزان ساییدگی یا ترک خوردگی سطحی در اثر تماس های مکانیکی را کاهش داد.

ضریب اصطکاک می تواند با استفاده از روکش های کربنی کاهش یابد. این روکش های بی شکل، سختی را تا حد20 گیگاپاسکال افزایش می دهند. راهکار دیگری مثل سطوح شبه الماس (DLC) بر بافت سطحی مواد استوار است، که اصطکاک را تا حد زیادی کاهش می¬دهد.

محافظت در برابر خراشیدگی
می توان با استفاده از نانوذرات سختی همچون دی اکسیدسیلیس، روکش های مقاوم در برابر خراشیدگی تولید کرد. به عنوان مثال، می توان این نانوذرات را در یک بستر آلی وارد کرده و مقاومت رنگ لاکی حاصل را در برابر خراشیدگی افزایش داد.

استفاده از فناوری نانو جهت ایجاد سقف ساختمان
یکی از مهم ترین بخش های یک واحد ساختمانی که نقش به سزایی در عملکرد بهینه ساختمان دارد، سقف و پوسته ساختمان است. استفاده از تکنولوژی های برتر در این بخش، یکی از مزایای رقابتی پیمان کاران ساختمان ها است.
فناوری نانو با استفاده از آیروژل ها تاکنون در این بخش نوآوری هایی داشته و کمک هایی مانند مقاوم سازی، عایق سازی حرارتی و رطوبتی، خاصیت خودتمیزشوندگی و از بین بردن آلودگی ها را به این بخش از ساختمان داده است. از طرفی پیشرفت های به وجود آمده در کوچک کردن ابعاد و افزایش راندمان سلول های خورشیدی به وسیله فناوری نانو، زمینۀ استفاده از سطح وسیع سقف ساختمان ها جهت تأمین انرژی آنها را نیز فراهم کرده است.

امروزه پوشش هایی برای سقف ساختمان تولید می شود که در برابر عوامل تخریبی محیطی و شرایط بد آب و هوایی مقاوم بوده و همچنین از ایجاد میکروارگانیسم ها و خزه نیز بدون اینکه اثرات قارچ کش های متعارف را داشته باشد جلوگیری می نماید. ضمناً این پوشش حرارت خورشید را بازتاب می نماید و لذا در بهینه سازی مصرف انرژی نیز تأثیرگذار است.
شرکت Nanosolar تکنولوژی سریع و آسان چاپ سلول های خورشیدی را با استفاده از نانوذرات و نقاط کوآنتومی توسعه داده است. باتوجه به اینکه این سلول ها به راحتی روی فویل های فلزی منعطف به ابعاد دلخواه چاپ می شوند، می توانند با نصب مدارهای لازم، بر روی سقف ساختمان ها استفاده شده و بخشی از انرژی آن را تأمین کنند.

امروزه تولیدکنندگان زیادی از رس قطعات سفالی سقف را ساخته که خودتمیزشونده هستند. با استفاده از نانوذرات فوتوکاتالیست، وقتی این قطعات در پشت بام استفاده می شوند از سطح آنها ذرات خاک، چربی، دوده، جلبک و خزه با کمک نور خورشید از بین رفته و با اولین باران به سادگی پاک و تمیز می شود.

روکش های فتوولتائیک به عنوان سقف ساختمان
دی اکسید تیتانیوم یک ماده معمول برای روکش های فتوولتائیک است. این ماده یک پخش کننده غیراختصاصی نور و یک جاذب نور ماورای بنفش است. ویژگی اول موجب می شود که دی اکسید تیتانیوم یک ماده بسیار خوب برای رنگ سفید باشد و ویژگی دوم نیز موجب ایجاد ویژگی خودتمیزشوندگی و محافظت در برابر نور ماوری بنفش می گردد.

دی اکسید تیتانیوم یک ترکیب نیمه رسانا است که در سه شکل شیمیایی وجود دارد: آناتاز، روتیل و بروکیت. فقط دو نوع اول این ماده در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. با وجودی که شکاف باند آناتاز کمی بزرگ تر از شکاف باند روتیل است، ( 3.2 الکترون ولت در برابر 3 الکترون ولت) فعالیت فتوولتاییکی آن بیشتر است. به همین دلیل، آناتاز معمولاً به عنوان فتوکاتالیست، و روتایل به عنوان رنگ دانه سفید مورد استفاده قرار می گیرند.
فعالیت فتوکاتالیستی این ماده مبتنی بر جذب نور ماورای بنفش در محدوده بالاتر از 3.2 الکترون ولت است که معادل طول موج های کمتر از 388 نانومتر می باشد.

در اثر جذب نور ماورای بنفش، الکترون ها به باند رسانایی منتقل شده و در نتیجه یک حفره در لایه والانس ایجاد می شود. در مواد غیرفتوولتاییک حامل های بار (الکترون و حفره) بلافاصله دوباره با هم ترکیب می شوند. اما اگر زمان بازترکیب مجدد به اندازه کافی طولانی باشد، الکترون ها و حفره ها می توانند موجب ایجاد رادیکال های آزاد شوند. در نتیجه می توان از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم برای تولید پیل های خورشیدی انعطاف پذیر استفاده کرد. روکش دهی سطوحی همچون سقف ساختمان ها و روی شیشه ها با این پیل های خورشیدی امکان تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نور خورشید را فراهم می آورد. امروزه این روکش ها به صورت پیش ساخته قابل خریداری و نصب بر روی سقف ساختمان ها است. که در انواع مختلف قابل عرضه می باشد.

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmail

Leave a Reply

نمایشگاه مجازی فارس، ارایه دهنده محتوای فاخر فارسی، مقالات مفید و گلچین شده از سراسر وب
+98-936-917-5733