قرن بیست و یک برای صنایع از مهمترین زمان‌ها به شمار می‌رود و حضور فناوری‌هایی پیچیده مانند نانو بر اهمیت آن می‌افزاید. قرن نانو قرن صرفه‌جویی، سلامتی و آرامش نامیده شده و حتی به دلیل پدید آوردن تحولاتی شگرف از آن به عنوان “رنسانس فناوری” نیز یاد می‌شود.

بهره‌گیری از خواص ماده در مقیاس نانو نوید بخش فواید و منافعی است که موجب تحولات اساسی در تمامی جنبه‌های زندگی انسان می‌شود و صرفه‌های بسیاری را برای او به ارمغان می‌آورد. برای آشنایی بیشتر با این فناوری ابتدا به تاریخچه آن می‌پردازیم.

تاریخچه فناوری نانو

عمر تکنولوژی نانو حدود نیم قرن است اما در گذشته “فیزیک اتمی” نامیده می‌شد. شاید به همین دلیل است که اکثریت آن را به اشتباه، علمی جدید می‌دانند.

نخستین بار فردی به نام Eric Drexler مطالعات خود در این زمینه را در آزمایشگاه مشهور MIT متعلق به انستیتو Foresight با سیستم‌های بیولوژیکی آغاز و طی تحقیقات و اکتشافات گسترده خود به این واقعیت پی برد که قادر است دستگاه‌های مولکولی تولید کند. به این طریق تکنولوژی نانو را به جهانیان عرضه کرد.

جالب است بدانید کلمه نانو برگرفته از واژه‌ای در زبان یونانی به معنای کوتوله است و به ابعاد بسیار ریز آن اشاره دارد.

فناوری نانو چیست؟

حال به زبانی ساده به بیان این تکنولوژی و نقش‌های اثرگذار آن می‌پردازیم.

    فناوری نانو یکی از شاخه‌های تحقیقاتی و نوآورانه مربوط به مواد و تجهیزات در مقیاس اتم‌ها و مولکول‌ها و موضوع اساسی آن مهار ماده و تولید دستگاه‌هایی در ابعاد نانو است. به بیان دیگر این تکنولوژی به‌کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در ابعاد نانومتر است که اثرات جدیدی متاثر از خواص کوانتومی از خود نشان می‌دهند.

ابعاد آن یک نانومتر یعنی یک میلیاردم متر و ده برابر قطر اتم هیدروژن است. برای درک بهتر این ابعاد بد نیست بدانید قطر یک تار موی انسان به طور میانگین 8000 نانومتر است. بنابراین بدیهی است که در چنین ابعادی، قوانین عادی فیزیک و شیمی مانند واکنش‌پذیری، رسانایی و مقاومت به شکلی متفاوت عمل می‌کنند.

بر اساس عقیده محققان، فناوری نانو از علومی است که در راستای ایجاد تحولات فنی قرن، پیشرفت‌های بسیاری را رقم می‌زند. به‌کارگیری این فناوری زمینه‌ساز راه‌حل‌هایی هوشمندانه جهت تولید محصولات متنوع با ویژگی‌های منحصر به فرد است.

مزایای فناوری نانو

تکنولوژی نانو تا به امروز نقش‌های اثرگذاری را در هر زمینه‌ای به گونه‌ای ایفا کرده که علوم مختلف را دستخوش تحولات بسیاری کرده است. در ادامه به سه مورد از مهمترین مزایای آن اشاره می‌کنیم.

1. این فناوری قادر به تولید انبوه محصولات با کاهش میزان قابل توجهی از هزینه‌های آنها است.

2. تکنولوژی نانو پتاسیل بالایی برای افزایش میزان بهره‌وری در مصرف انرژی دارد و به همین دلیل به پاکسازی محیط زیست و به تبع، حل معضلات سلامتی کمک شایانی می‌کند.

3. علاوه بر دو مورد بیان شده، مدافعان فناوری نانو معتقدند محصولات تولید شده توسط آن نسبت به سایر محصولات کوچکتر، ارزانتر، سبک‌تر و جهت تولید نیز نیازمند مواد اولیه کمتری می‌باشند.

تکنولوژی نانو در صنعت ساختمان

صنعت ساختمان از صنایع مهم و تاثیرگذاری است که همواره در مباحث مربوط به بهینه‌سازی مصرف انرژی بخش مهمی را به خود اختصاص می‌دهد. از این رو برنامه‎‌های بسیاری برای این بخش اثربخش در جهت بهبود مداوم،  افزایش عملکرد اجزای ساختمانی، بهره‌وری و ایمنی ساختمان‌ها و سهولت نگهداری توسعه داده شده است. چرا که با توجه به مقاله تاثیر نماهای آجری بر کاهش مصرف انرژی ، بخش قابل توجهی از میزان انرژی مصرفی توسط ساختمان‌ها به هدر می‌رود.

بخش ساختمان بیش از هر صنعت دیگری با مواد و مصالح سر و کار دارد و در آن توجه به مصالح پایدار که کمترین میزان صدمه به محیط زیست را وارد می‌کند از نکاتی است که در آن حساسیت بسیاری به خرج می‌دهند. به همین علت انتخاب مصالح مناسب و سازگار با محیط زیست مانند آجر از مسائلی است که نظرات بسیاری را در این حوزه به خود جلب کرده است.

    مهمترین کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان غالبا به بهینه‌سازی مواد و مصالح مربوط و استفاده از آن چشم‌اندازی مهم برای آیندگان محسوب می‌شود. از این رو سرمایه‌گذاری و توجه به تکنولوژی نانو در صنعت ساختمان از اهمیت بالایی برخوردار است و ساختمان‌ها باید به سمتی بروند که بتوانند با به کارگیری تکنولوژی‌های نوین مانند نانو، میزان بازدهی را بالا و به تبع آن هدر رفتن انرژی را کاهش دهند.

به طور کلی افزودن ذرات نانو به مصالح باعث قویتر شدن، دوام بیشتر، خود ترمیمی، تصفیه کردن هوا، مقاومت در برابر آتش و فشرده‌سازی سریع خواهد شد. همچنین دستیابی به ویژگی خود نظافتی که بسیاری از هزینه‌ها را شامل می‌شود، در بسیاری از مصالح ساختمانی با استفاده از پوشش‌های نانو و درمان‌های سطحی امکان‌پذیر است.

نقش ذرات نانو در صنعت ساختمان

ذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2)، اکسید آلومینیوم (Al203) و اکسید روی (ZnO) به عنوان پوششی نهایی بر روی مصالح اعمال می‌شود تا بتواند ویژگی‌های کارآمدی را برای آنها فراهم کند. این ذرات با ایفا کردن سه نقش زیر مصالح را در مقابل عوامل متعددی مقاوم می‌کنند.

1. دی اکسید تیتانیوم به دلیل توانایی در شکست آلودگی‌ها و مقاومت در برابر نفوذ آنها در مواد، محافظت در برابر نور ماورابنفش و همچنین جلوگیری از نشست آب باران بر روی سطوحی مانند کاشی و شیشه در مقاوم‌سازی مواد و مصالح نقش‌آفرینی می‌کند.

2. اکسید روی نیز با محافظت در برابر اشعه ماورا بنفش، مانع از تاثیرات مضر آن می‌شود.

3. اکسید آلومینیوم از ایجاد قارچ و کپک و بوی بد جلوگیری می‌کند و خاصیت مقاومت در برابر خراش سطوح را دارا می‌باشد.

پوشش نانو آجر

ویژگی‌های خاص و منحصر به فرد آجر باعث شده که استفاده از آن در سازه‌ها، طراحی‌های داخلی و نما ساختمان‌ها به طور گسترده مورد توجه قرار گیرد. این متریال جذاب از گذشته تاکنون در دوام و ماندگاری سرآمد بوده اما در صورت جذب آب، آلودگی و سایش کمتر، متحمل رطوبت و آسیب کمتری نیز می‌گردد و این امر طول عمر بیشتر آجر را در پی دارد.

در چند سال اخیر امری که برای بسیاری از مصالح ساختمانی مانند آجر متداول شده، استفاده از تکنولوژی نانو در آنها است. این فناوری به شکل لایه‌ای پوششی به صورت محلول بر سطح آجر پاشیده می‌شود و تا حدود 5 سال به خوبی می‌تواند از آن محافظت کند. اما سوالی که در اینجا مطرح می‌شود این است که این لایه دقیقا چه عملکردی دارد و برای ایفای چه نقشی از آن استفاده می‌کنند؟

نقش نانو آجر در بهبود کیفیت آجر

در شهرهای پرجمعیت و آلوده، نمای ساختمان‌ها با هر جنس و طرح، در معرض انواع آلودگی‌ها قرار دارند. در نماهای آجری به دلیل وجود خلل و فرج موجود در سطح آجر و امکان جای‌گیری انواع ذرات و گرد و غبار در آنها، هر چند وقت یکبار نیازمند نظافت می‌شوند. اما برای جلوگیری از این کار و پیشگیری از ایجاد انواع آلودگی‌ها در عمق آن، تنها یک راه در پیش است و آن “نانو کردن آجر” است.

    لایه نانو با ایجاد پیوندی قوی با آجر، جهت مقاومت در برابر پدیده‌های جوی مانند باران و برف، نقش یک سپر را ایفا می‌کند و مانع از نفوذ آب به اعماق آن می‌شود. ذرات نانو یک شبکه سازگار از مولکولها را بر روی آجر ایجاد می‌کنند و نتایج فوق‌العاده‌ای را به ارمغان می‌آورند.

نانو آجر در آبگریز کردن سطح آن چه نقشی ایفا می‌کند؟

در ادامه به مزایایی که فناوری نانو به آجر می‌افزاید اشاره می‌کنیم اما ابتدا به آبگریز بودن که از مهمترین دلایلی است که افراد پوشش نانو را برای آجر انتخاب می‌کنند، می‌پردازیم.

آجر یک متریال زنده است و به دلیل متخلخل بودن سطح آن، ذرات آب به سرعت در عمق آن نفوذ می‌کنند. پس از گذشت زمان و با انجام عمل تبخیر، نمک‌های محلول در آب بر سطح آجر رسوب می‌بندد و ظاهر ناخوشایندی را برای آن پدید می‌آورند.

برای جلوگیری از این مشکل ذرات نانو به صورتی در حفره‌های آجر نفوذ می‌کنند که اجازه ورود هیچ ذره دیگری مانند آب و گرد و غبار را به آن نمی‌دهند. به همین دلیل باران با برخورد با آجری که لایه نانو دارد، به سرعت غلتانده می‌شود.

در واقع ذرات نانو با افزایش زاویه تماس با استفاده از پوششی که ایجاد می‌کند، قطرات آب را به حالت کره تغییر داده و از چسبندگی سطح بین قطرات آب و سطح آجر جلوگیری می‌کند. همچنین کلوئید حاوی ذرات نانو با ایجاد پوششی آبگریز بر سطح آجر از اثرات مخرب مانند تغییر رنگ جلوگیری می‌کند.

نتیجه دیگری که از آبگریز بودن به وسیله نانو آجر فراهم می‌شود، عدم یخ‌زدگی و پوسته‌پوسته شدن به دلیل عدم جذب آب است. اگر کلی‌تر بگوییم، نانو قابلیت نفوذپذیری آجر را کاهش می‌دهد.

مزایای فناوری نانو آجر

فناوری نانو با ایجاد ویژگی‌های منحصر به فرد برای آجر بیش از پیش طرفدارن بسیاری را به خود جلب و نگهداری آجر را بیشتر از هر زمانی ساده کرده است. در ادامه با این ویژگی‌ها آشنا می‌شویم.

پوشش نانو آجر و فناوری نانو 1. یکنواختی میکروسکوپی: پوشش نانو با ایجاد سطحی یکنواخت بر روی آجر تمامی خلل و فرج روی آن را پر می‌کند و با این کار مانع از ورود هر ذره‌ای به آن می‌گردد و این به معنای دفع آلودگی نیز است. اما نکته مثبتی که در این باره می‌توان به آن اشاره کرد، با وجود پوشش نانو بر روی آجر، همچنان می‌تواند مانند موجودی زنده تنفس کند.

2. مقاومت در برابر مواد شیمیایی، روغن و نمک: از مزایای این لایه بر روی آجر این است که آن را در برابر مواد شیمیایی و ذره‌های چربی و نمک مصون نگه می‌دارد.

3. کاهش هزینه‌های مربوط به نظافت و نگهداری: با پوشش نانو آجر از نظافت و نگهداری با فاصله‌های زمانی کوتاه بی‌نیاز می‌شوید. در صورت نیاز به نظافت هم بدون هیج‌گونه مایع شستشو و تنها با آب از نمایی پاکیزه لذت ببرید.

4. مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش: همانطور که بیان شد ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی در برابر اشعه ماورابنفش که یکی از عوامل اصلی هوازدگی تاسیسات و تجهیزات در فضای باز است، مقاوم هستند. لایه نانو به دلیل دارا بودن این ذرات مقداری از نور ماورابنفش را فیلتر کرده و و از رسیدن آن به سطح آجر جلوگیری می‌کند.

5. دوام و ماندگاری: واضح است که همه مزیت‌های بالا منجر به یک نتیجه کلی می‌شود و آن چیزی نیست جز دوام و ماندگاری.

6. مقامت در برابر رشد و گسترش قارچ، خزه، باکتری و جلبک: به دلیل اینکه با نانو امکان چسبیدن ذرات خارجی به سطح آجر به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد، امکان ایجاد جلبک با این لایه محافظتی به حداقل می‌رسد.

7. عدم امکان نوشتن بر روی آجر: اتفاق ناخوشایندی که متاسفانه بر روی نماها به وفور دیده می‌شود، نوشتن بر روی آنهاست. این آجرها خاصیت ضد نوشتاری دارند و نگرانی در این مورد را حل می‌کنند.

8. بدون هیچ‌گونه تغییری در ساختار فیزیکی و شیمیایی: تمامی این ویژگی‌های خاصی که از عملکرد نانو برای آجر پدید می‌آید، بدون تغییر در ظاهر آن است. در واقع پوشش نانو آجر به عنوان محافظی نامرئی عمل می‌کند و به دلیل اینکه به جای ماندن در سطح به عمق آجر نفوذ می‌کند، ساختاری و از درون آن است.