نانو تکنولوژی در معماری
هدف از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا است که آنها را می‌توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی است به گونه‌ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند. مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یگی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر ۱۰۰ نانومتر باشد تعریف شده است، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود ۱۰۰۰۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان است.
نانو تکنولوژی در معماری
تقسیم بندی عمومی محصولات نانو
فیلم‌های نانو لایه، برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی
نانو پوششهای حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی
نانو ذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز، پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی
نانو لوله‌ها
منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح‌تر یک بدنه نانو ساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشد.
فناوری نانو در صنایع ساختمان
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه و بتن ایفا می‌کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آنها نانو لوله‌های کربنی و دی اکسید تیتانیوم هستند ، عموماً در سازه‌های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش‌ها در نمای داخلی و خارجی ساختمانها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نانو پوششهای ساختمان ضمن این که باعث دفع آب شده و جذب کثیفی را به حداقل می‌رسانند نمای ساختمان را در مقابل اشعه uv مقاوم می‌سازند. این نانو پوشش‌ها در سطوحی از جمله سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد، بتن به کار می‌روند.
نانو تکنولوژی در معماری
برخی از ویژگی‌ها
ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه‌های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش و کنترل کننده انرژی و در نیتجه صرفه جویی در مصرف انرژی، استفاده از رنگ‌های حاصل از علم نانو که باعث عدم نفوذ باکتری‌ها به ساختمان‌های اداری، مسکونی، بیمارستان‌ها و غیره شده و به آنها عمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتیت غیر قابل کثیف شدن و فرسودگی می‌بخشد نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است.
مزایای استفاده از این ماده
پس زدن آب از روس سطوح
عدم چسبندگی آلودگی و کثافات بر روری سطوح
عدم رسوب گرفتن سطوح
عدم رویت توسط چشم
پایدار نمودن سطوح در برابر فرسایش
ممانعت از خوردگی سطح توسط هوا
جلوگیری از رشد قارچ
سهولت پاکیزگی
صرفه جویی در آب و مواد پاک کننده
مقاومت بالا تا حدود ۴۰۰ درجه سانتیگراد
برای بدن مضر نیست و مصموم کننده نیست.
فناوری نانو و پوششهای ساختمانی
یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی به وجود آمده است، بتن با عملکرد بالا است. این نوع بتن مقاوم، از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده است. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را به وجود می‌آورد.
در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا ایفا می‌کند.
محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله‌ای بوده و با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار هستند، که مایع آن معمولترین نوع محلول نانو سیلیس است. این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم (scc) به کار گرفته شده است.
نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می‌دهد.
خاصیت ضد سایش
ضد لغزش
ضد حریق
ضد انعکاس سطوح
نانو لوله‌ها
نانو لوله کربنی در سال ۱۹۹۱ کشف شده است. نسل جدیدی از کربن است که از مواد نانو کربنی ساخته شده است.
نانو لوله‌های کربنی دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می‌کند به طوری که می‌توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد. که در کامپوزیت‌ها به کار برده می‌شوند.
نانو لوله‌ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن وابسته به موسسه ACI شاخه ایران، دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده هستند. نانو لوله‌ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکترکی از خود نشان می‌دهند. به طوری که هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود ۱۰۰۰ برابر فلز مس است.
برخی از ویژگی‌ها
خواص ویژه مکانیکی هدایت حرارتی و الکترونیکی
نسبت طول به قطر بسیار بالا
اندازه کوچک فایبرها و قابلیت پخش شدن بالا در زمینه سیمان و بتن
نانو پوششهای سنگ و چوب
این نانو پوششهای آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیره ارگانیکی هستند و یکی از پوششهای اصلی صنعت ساختمان به شمار می‌روند. نانو پوششهای سنگ و چوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی و سایر و آلودگی‌های را از سطح دفع می‌کنند. ضمناً نانو پوششهای سنگ و چوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیر که خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش‌ها معمولاً شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک هستند. با توجه به موارد مصرف ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثر آنها فاز حامل آب و الکل است و ذرات آنها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند.
مزیت‌ها
پوشش سطوح منفذدار
حفظ تنفس سطوح
حفظ سطوح در برابر عوامل محیطی
امکان تمیز شدن لک‌ها از جمله چربی‌ها و روغن ها با آب
جلوگیری از ایجاد کپک جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح از تاثیر نم و کثیفی‌ها
موارد مصرف نانو پوششهای سنگ و چوب (سیمان‌های الیافی)
ساختمان‌هایی که با سیمان‌های الیافی ساخته می‌شوند پس از مدتی به منبع لکه و کثیفی تبدیل می‌شوند. سیمان استفاده شده در نمای ساختمانها کثیفی‌ها و کپک‌ها را می‌کده و با تاثیر نور خورشید آنها را به خوبی در داخل سیمان جایگزین می‌کند. دور کردن این لکه‌ها و کثیفی‌ها کار بسیار مشکلی است.
استفاده از نانو پوششهای سنگ و چوب در نمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی‌ها، باکتری‌ها و غیره به داخل ماتریس می‌شوند و ظاهر اولیه نما را بخه خوبی حفظ می‌نمایند.
آجرها
درخت‌های بزرگ اطراف ساختمانها با به جا گذاشتن آثار خود بر روی سطوح ساختمانها باعث می‌شوند نمای ساختمانها به مرور زمان رنگ سبز درختان را به خود گرفته و برای تمیز کردن آنها باید از ابزار تمیز کننده با فشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث میشود پس از چند ماه در سطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع‌تر و راحت‌تر از قبل کثیفی‌ها را به خود جذب کنند. در این گونه موارد نیز استفاده از نانو پوششهای سنگ و چوب ضروری به نظر می‌رسد.
ماسه سنگ‌ها
بتن گازی و ماسه سنگ‌هایی که ساختار سفید رنگی دارند و اغلب در آتلیه‌ها و ایوان‌ها به کار می‌روند، کثیفی‌ها و چربی‌ها را جذب کرده و ظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییر می‌کند. در این شرایط استفاده از تمیز کننده‌های با فشار بسیار قوی نیز کارساز نیست. اما در صورت استفاده از نانو پوششهای سنگ و چوب در حالی که به سطح اجازه تنفس داده می‌شوند، باعث عدم نفوذ مواد به سطح شده، بدین ترتیب رنگ و ساختار اصلی سطح حفظ میشود.
شیشه خود تمیز شونده
باید توجه کرد که این ماده یک لایه نیست که بر روی سطوح کشیده شود، بلکه تغییر شیمیایی در سطح مولکولی است. که از آلوده شده سطح جلوگیری می‌نماید. این ترکیب آب گریز ، نمی‌گذارد تا آب یا هر ذره دیگری بر روی سطح شیشه یا کروم بنشیند. این ماده بسیار نازک و شفاف است و اصلاً قابل مشاهده به وسیله چشم نیست.
این ذرات نانو بر روی مولکول‌های سطوح می‌چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده دیگرب بر روی سطوح می‌شوند. میب‌ینید که آب هرگز بر روی سطوح آغشته شده به وسیله این ماده نمی‌ایستد. بنابراین اگر جسمی بر روی این سطوح بنشیند تنها با ریختن آب بر روی سطح یا باریدن باران پاک خواهد شد.
شیشه‌هایی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند، اجازه می‌دهند که آلودگی‌ها با آب ترکیب شوند و به این وسیله بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر بخورند. این مواد همچنین مانع از رسوب نمک‌ها بر روی سطوح شیشه می‌شوند. همچنین این مواد به وسیله آب، مواد پاک کننده یا فشار فیزیکی از سطح شیشه جدا نمی‌شوند.
قطرات آب و حتی انواع حشرات نمی‌توانند روی آنها بنشینند یا حرکت کنند، چون به قدری سطح این شیشه‌ها صاف است که چنین امکانی وجود ندارد.
شیشه‌های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه‌ها ضمن دارا بودن تنوع در رنگ و سایر خصوصیات، قادرند با کاهش شدید امواج ماوارء بنفش و مادون قرمز عبوری و تنظیم عبور نور مرئی، در زمستان تا ۸۵ درصد و در تابستان تا ۸۰ درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده و در صرفه جویی مصرف انرژی، نقش بسزایی داشته باشند.
شیشه‌های محافظ در برابر آتش
شیشه‌های محافظ در برابر آتش نیز یکی دیگر از دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قرار دادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس در میان دو صفحه شیشه‌ای ساخته میشود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره و مقاوم در برابر آتش میشود.
فولاد
فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است. تحقیقات نشان داده که اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری‌‌های سطحی فولاد می‌کاهد. در نیتجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش و در نهایت ترک خوردگی‌های ناشی از خستگی سازه‌هایی مانند پل‌ها و برج‌ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می‌گیرد را محدود می‌سازد.
رنگ نانو عایق
رنگ نانو عایق محصولی است که با کمک فناوری نانو موفق شده است. در عین برآورده ساختن مسائل زیست محیطی، عایق کاری حرارتی با پوشش لایه نازک را به همراه محافظت از خوردگی و مقاومت در برابر رطوبت و رشد کپک و قارچ، یک جا به ارمغان آورد.
استفاده از رنگ نانو عایق در ساختمان می‌تواند تا ۴۰٪ موجب کاهش هزینه‌های سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی شود. همچنین رنگ نانو عایق موجب افزایش عمر تاسیسات ساختمان میشود و در یک دوره میان مدت باعث کاهش هزینه‌های ساختمان از جمله رنگ آمیزی مجدد، نهایت هزینه‌های ناشی از صدمات رطوبت، نم و رشد کپک و قارچ و در هزنیه های مربوط به مصرف انرژی میشود.
ویژگیهای رنگ‌های نانو عایق
رنگ آمیزی و عایق کاری دیوارها، کف، سقف و بام ساختمان
کاهش مصرف انرژی و اصلاح الگوی مصرف
صرفه جویی حداقل ۴۰ درصد در مصرف انرژی سرمایش و گرمایش
رنگ پایه آب، بدون نیاز به حلال و دوستدار محیط زیست
پوشش ضد نم و رطوبت، آب گریز ، مقاوم در برابر نفوذ باران و رطوبت محیط
قابل استفاده در نمای بیرونی و بام ساختمانها به دلیل مقاومت بسیار بالا در شرایط جوی مختلف
با چسبندگی بالا بر روی سطوح فلزی، چوبی، گچی، سیمانی، بتنی، گالوانیزه و سایر سطوح
دارای قابلیت تنفس رنگ و پوشش به میزان
قابل شستشو با آب و صابون و راحتی تمیز نمودن سطح
مقاوم در برابر رشد باکتری ها، کپک و قارچ
قابلیت استفاده به صورت بی رنگ (شفاف) متناسب با جنس سطح
با ۱۶۰۰ طیف رنگی، جایگزین بسیار مناسب رنگ
ضد اشعه uv خورشید
دمای مناسب جهت اعمال پوشش:۱۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد
