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.
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.
نانو در طراحی ساختمان
میتوان گفت که تکنولوژی نانو بیشترین سهم را در صنایع فولاد، شیشه و بتن ایفا می‌کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آنها نانو لوله های 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.
درواقع نانو پوشش‌های ساختمانی 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.
ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های 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.
استفاده از مواد نانو در معماری
- پس زدن آب از روی سطوح
- عدم چسبندگی آلودگی 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
تکنولژی نانو و پوشش‌های ساختمانی
خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را به وجود می‌آورد.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.
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 به کار گرفته شده است.
مواد نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می‌دهد.
- خاصیت ضد سایش
- ضد لغزش
- ضد حریق
- ضد انعکاس سطوح
تکنولوژی نانو در صنعت لوله‌ها
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.
تکنولوژی نانو در پوشش‌های سنگ و چوب
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.
ویژگی‌ها نانو پوشش‌های سنگ و چوب
- 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
تکنولوژی نانو پوشش‌های سنگ و چوب (سیمان‌های الیافی)
درواقع 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.
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.
تکنولوژی نانو در مصالح شیشه خود تمیز شونده
نکته ای که درواقع درشیشه خود تمیز شونده باید به آن 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.
بنابراین اگر جسمی بر روی این سطوح بنشیند تنها با ریختن آب بر روی سطح یا باریدن باران پاک خواهد شد.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.
درواقع 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 و حتی انواع حشرات نمی‌توانند روی آنها بنشینند یا حرکت کنند
تکنولوژی نانو درمواد و 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.
تکنولوژی نانو مواد و شیشه‌های محافظ در برابر آتش
یکی دیگر از دستاوردهای فناوری نانو شیشه‌های محافظ در برابر آتش 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.
تکنولوژی نانو در 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.
تکنولوژی نانو دررنگ نانو عایق
استفاده از رنگ نانو عایق در ساختمان می‌تواند تا ۴۰٪ موجب کاهش هزینه‌ها یسیستم 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.