کاربرد نانوفناوری در صنعت ساختمان(بخش سوم)

بحث مدیریت دمای خانه و کاهش انرژی مصرفی خانگی که عمدتاً صرف تنظیم دمای خانه می‌شود، اهمیت ویژه‌ای دارد. در این عرصه نیز مثل خیلی از عرصه‌های صنعت فناوری نانو حضوری چشمگیر دارد. از این فناوری در ساخت پنجره‌ها...

چهارشنبه، 24 بهمن 1397

تخمین زمان مطالعه:

پدیدآورنده: رضیه برجیان

موارد بیشتر برای شما

کاربرد نانوفناوری در صنعت ساختمان(بخش سوم)

چکیده
بحث مدیریت دمای خانه و کاهش انرژی مصرفی خانگی که عمدتاً صرف تنظیم دمای خانه می‌شود، اهمیت ویژه‌ای دارد. در این عرصه نیز مثل خیلی از عرصه‌های صنعت فناوری نانو حضوری چشمگیر دارد. از این فناوری در ساخت پنجره‌ها و کاشی‌های هوشمند و تولید پوشش‌های ضدحریق بر پایه نانو رس‌ها استفاده می‌شود.
تعداد کلمات1000 زمان مطالعه 5 دقیقه

رضیه برجیان

مقدمه

توجه گسترده‌ای که اکنون به فناوری نانو می‌شود ، به سال‌های 1996تا 1998 برمی‌گردد. در آن هنگام هیئتی تحت حمایت مرکز ارزیابی فناوری جهانی به‌وسیله بنیاد ملی علوم و دیگر آژانس‌های فدرالی، موردحمایت مالی قرار گرفت تا مطالعه جهانی تحقیق و توسعه در زمینه نانوتکنولوژی را برعهده بگیرد. هدف این هیئت شناسایی قابلیت‌های این فناوری برای نوآوری‌های تکنولوژیکی بود.[1] این فناوری در زمینه مدیریت انرژی خانگی نیز گام‌های مبتکرانه‌ای برداشته است.

پنجر‌ه‌های هوشمند‌

واژ‌ه پنجره هوشمند به پانل شیشه‌ای اطلاق می‌شود که بسته به نوع تأثیرات محیطی، خواص خود را خصوصاً در مورد انتقال نور می‌تواند تغییر دهد. بدین منظور از مواد کروموژنیک استفاده می‌شود که رنگ یا شفافیت خود را می‌تواند با توجه به محر‌ک‌های (عوامل) برگشت‌پذیر فیزیکی یا شیمیایی تغییر دهد. این‌گونه شیشه‌ها می‌توانند به‌عنوان جایگزین برای انواع سیستم‌های سایه از قبیل سیستم‌های ضد تابش و پرد‌ه‌ها در نظر گرفته شود. شیشه‌های هوشمند از طریق فناور‌ی‌های مختلفی تولید می‌شوند که این فناور‌ی‌ها تا حد زیادی مبتنی بر استفاده از نانو مواد و سیستم‌های پوششی نانومقیاس است.
در مورد جدار‌ه‌های شیشه‌ای نیز، فناوری نانو به بهبود عمل حفاظت در مقابل آتش (مقابله با آتش) کمک می‌کند.

کاشی‌های هوشمند

اگر تا‌به‌حال در یک روز آفتابی با پای‌برهنه به پشت‌بام خانه‌ی خود رفته باشید، با سوزش پای خود متوجه این پدیده می‌شوید که سطوح تیره گرما را جذب می‌کنند. این پدیده در زمستان می‌‌تواند برای ما خوب باشد؛ چراکه باعث کاهش هزینه‌ی سوخت می‌گردد. اما در تابستان با گرم‌تر کردن خانه، باعث استفاده‌ی بیش‌از‌حد از سیستم خنک‌کننده گردیده و خوشایند نیست.
دلیل این‌که بیشتر مردم تمایل به پشت‌بام‌های به رنگ سفید دارند، این است که از نظر ذخیره‌سازی انرژی، مناسب‌تر می‌باشند. مسئله‌ی هدر رفتن انرژی، مسئله کوچکی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت.
دانشجویان دانشگاه MIT ، کاشی‌هایی را ابداع کرده‌اند که بر مبنای تغییر دما، تغییر رنگ می‌دهد؛ یعنی به هنگام گرم شدن، سفید شده و بخش اعظم گرمای خورشید را منعکس می‌کنند و موقع سرد شدن نیز سیاه شده و گرما را جذب می‌کنند.

گروه Thermeleon (برگرفته از کلمه Chameleon به معنای آفتاب‌پرست، به دلیل خاصیت تغییر رنگ‌پذیری آن)، یکی از شرکت‌کنندگان در رقابت‌های امسال MADMEC (مسابقه ساخت و طراحی مواد مهندسی)، بین دانشجویان MIT بود. امسال که سومین سال برگزاری این مسابقات بود، دانشجویان بایستی در زمینه‌ی بهبود کارایی انرژی در مواد مهندسی کار می‌کردند، که این گروه با کسب مقام نخست، جایزه‌ی ۵٠٠٠ دلاری این مسابقات را از آن خود کرد. بررسی‌های این گروه نشان داد که ٨٠% نور رسیده به سطوح سفید، منعکس می‌شوند، درحالی‌که در مورد سطوح سیاه، فقط ٣٠% نور رسیده به آن منعکس می‌گردد. این بدین معنی است که رنگ سفید، ٢٠% هزینه‌های خشک‌کردن را برای ما می‌کاهد.

Nick Orf، یکی از اعضای این گروه، در این خصوص می‌گوید که او و همکارانش در ابتدا سعی کردند با استفاده از سیستمی شامل مخلوطی از دو سیال با رنگ تیره و روشن که با تغییر دما، چگالی آن‌‌ها تغییر می‌کند، این کاشی‌ها را طراحی کنند؛ به این صورت که با کاهش دما، سیال سیاه و با افزایش دما، سیال سفید در سطح‌رویی قرار می‌گیرد. ازآنجاکه طراحی چنین سیستم‌هایی پیچیده بود، دنبال روش‌هایی ساده‌‌تر رفتند.

بنابراین از محلول آبی نوعی پلیمر تجاری که معمولاً در ژل‌های مخصوص مو به کار می‌رود، استفاده شد. نمونه‌ی اولیه‌ی این محلول، در محفظه‌ای بین لایه‌های شیشه و پلاستیک و نمونه‌های بعدی بین لایه‌های پلاستیکی انعطاف‌پذیر با یک لایه‌ی سیاه در پشت محفظه قرار داده شد.

زمانی که دما از حدی پایین‌تر باشد (با تغییر فرمولاسیون می‌توان این دمای حدی را تغییر داد)، پلیمر به‌صورت محلول باقی‌مانده و سطح سیاه از میان آن رؤیت می‌شود که نور خورشید را جذب می‌کند. اما هنگامی‌که دما بالا می‌رود، پلیمر متراکم شده و به قطرات کوچکی تبدیل می‌گردد که این قطرات به دلیل کوچک بودن نور را پخش نموده و سطح سفیدی را ایجاد می‌کنند که گرمای خورشید را بازمی‌گرداند.
این گروه هم‌اکنون سعی دارد تا بتواند محلول پلیمری را در محفظه‌های کوچک‌تری با حفظ خاصیت تغییر رنگ‌پذیری‌شان، قرار دهد تا قابلیت پوشش‌دهی هر سطحی به‌صورت اسپری یا حتی با قلم‌مو، مثل یک رنگ معمولی، فراهم شود. دراین‌صورت با هزینه‌ی کم‌تری می‌توان این کپسول‌های کوچک را بر روی هر سطحی به کار برد.

Orf و همکارانش سعی دارند که نمونه‌ی تهیه‌شده را در قالب صنعتی درآورند. با توجه به این‌که مواد به‌کاررفته، موادی ارزان هستند، قیمت تمام‌شده‌ی کاشی‌ها مناسب درمی‌آید. مشکلی که در اینجا وجود دارد بحث ماندگاری و پایداری این محصول است که اطمینان از آن زمان‌بر است. Orf در این زمینه می‌گوید، قبل از این‌که از این موضوع که” آیا محصول ما قابلیت رشد و ماندگاری را دارد یا نه؟” اطمینان حاصل کنیم، بایستی مسئله هزینه و ماندگاری آن را نیز بررسی کنیم.[2]

حفاظت در برابر آتش

فناوری نانو رو‌ش‌های متنوعی برای توسعه مواد ضد آتش (ضد حریق) و بهبود خواص آن و به‌عنوان جایگزین مواد آلاینده که در این زمینه استفاده می‌شده‌، عرضه می‌کند. نقطه عطف پژوهش‌ها، ذرات سیلیکات نانو ساختار هستند (نانو رس) که به‌عنوان پرکننده پلیمرها و برای بالا بردن خواص ضد آتش و مقاومت در برابر حرارت استفاده می‌شود. در ساختمان، پلیمرها در پوشش کابل‌ها، نقش مهمی را ایفا می‌کنند. برای مثال در فیوز، پریز برق و محفظه لامپ‌ها و …‌. خاصیت ضد حریق کامپوزیت‌های نانورس نشانگر این مسئله است که هم اتلاف حرارت و توسعه دود به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد و هم‌زمان ایجاد جرقه (جرقه‌زنی) به تعویق می‌افتد.از دیگر جنبه‌های کاربردی پوشش ضد حریق برای چوب، فلز، پلاستیک یا بتن است که توسعه آتش در مصالح به‌وسیله این نوع پوشش به تأخیر می‌افتد و مانع گسترش کنترل نشده آتش می‌شود.

در مورد جدار‌ه‌های شیشه‌ای نیز، فناوری نانو به بهبود عمل حفاظت در مقابل آتش (مقابله با آتش) کمک می‌کند.[3]

پی نوشت
[1] . چارلز پی. پول، فرانک جی. اون، مقدمه‌ای بر نانوتکنولوژی،ص4.
[http://Basparan.ir [2.
[3] nanoproduct.ir

منابع
چارلز پی. پول، فرانک جی. اون، مقدمه‌ای بر نانوتکنولوژی، ایمان فرح‌بخش، امین نعیمی، عبدالحسین موحدی، امیر جواد احرار، محسن مظفری، نیره صحتی، موسسه انتشارات یزد،1385.
nanoproduct.ir
Basparan.ir