Mohamad
04-29-2011, 10:09 AM
مقدمه:
مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nm باشدتعريف شده اند ، يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طور كلي ،دريك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورتهاي زير بيان كرد•: فيلمهاي نانو لايه ( Nano Layer Thin Films ) براي كاربردهاي عمدتاً الكترونيكي•نانو پوششهاي حفاظتي (Nano Coating ) براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي•نانو ذرات به عنوان پيشسازنده (Precursor) يا اصلاحساز (Modifier) پديده هايشيميايي و فيزيكي•نانولوله ها (Nanotubes) منظوراز يك ماده نانو ساختار يا واضح تر يك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدي است كه در آن انتظاماتمي ، اندازه كريستالهاي تشكيل دهنده و تركيب شيمياييدر سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد .
خواص فيزيكي و شيمياييمواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجود دارند ازجمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپيتفاوت اساسي دارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نهتنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواص جديد آنهادر سطح مقياس نانو مي باشد .
هدف نهايي از بررسي مواد در مقياسنانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكردبالا مي باشد ، كه آنها را مي توانبه عنوان مصالحي باعملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چندمنظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي ميباشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربردهاي گوناگونيرا ارائه نمايند .
در مطالب بعدي كه خواهدآمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودنچنين موادي ميتوانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازيو صنايع وابسته به آن ايجاد كنند .
2. موادنانوكمپوزيت:
مواد نانو كمپوزيت بر پايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين باردرسالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژي سول- ژل(Sol-Gel) جهتانتشار (Disperse) دادن ذراتنانو كاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است .
هرچند تحقيقاتانجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين موادتوسط شركت تويوتا در ژاپن در اواخر سالهاي 80 صورتگرفته است ، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز در مرحله جنيني و درآغاز راه مي باشد .
در اين شرايط نانو آلومينا ، بهترينساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميك نويدمي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظرمكانيكي ، الكتريكي و خواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و دررشته هاي مختلف كاربرد دارد . از جمله مي توان به چندنمونه اشاره كرد:•تكنولوژينانوفلز آرتونايد كه اخيراً به طور تجاري ، اليافنانويي آلومينا ، انقلابي در رشته سراميك بوجود آوردهاست . •ذرات نانويي غير فلزمانند:نانو سيليكا ، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاحكننده سراميك ها مي باشد .
3. بتن با عملكرد بالا ([1]HPC) :
يكي از چالشهايي كه در رشته مصالح ساختماني بوجود آمده است ، بتن باعملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالح كامپوزيتبوده و از نظر دوامجزو مصالح كامپوزيت و چند فازي مركبو پيچيده مي باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي بهنانو ساختار ماده زمينه بتن و سيماني دارد كه چسبندگي ، پيوستگي ويكپارچگي را بوجود مي آورد .
بنابراين ، مطالعات بتن و خمير سيماندر مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و كاربردآنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعهبتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلف الياف مي باشد . درمورد بتن به طورخاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواصمكانيكي بهتر ، بتن با عملكرد بالاي چندمنظوره (MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيتالكترومغناطيسي ، و قابليت به كار گيري در سازه هاياتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن درحفظ انرژي ساختمانها و ... را نام برد .
4. نانو سيليس آمورف:
در صنعتبتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است كه نقش مهمي در چسبندگي و پركنندگي بتن با عملكرد بالا (HPC) ايفا مي كند .
محصول معمولي همانسليكيافيوميا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري درحدود 1/0 تا 1 ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليسحدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكرو سيليكا محصولي است كه درمحدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكرد كامپوزيت موادسيماني به كاربرده مي شود .
محصول نانو سيليس متشكلاز ذراتي هستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطركمتر از 100nm يا بصورت ذراتخشك پودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار ميباشند ، كه مايع آن معمول ترين نوع محلول نانو سيليس مي باشد ، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خود تراكم([2]SCC) به كار گرفته شده است . نانوسيليس معلق كاربردهاي چند منظوره از خود نشان ميدهد مانند:
• خاصيت ضد سايش
• ضد لغزش
• ضد حريق
• ضد انعكاس سطوح
آزمايشات نشان داده اند كه واكنش موادنانو سيليس(Colloidal Silica ) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكروسيليكا بسيار سريع تر انجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همانتاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را درسنين اوليه دارا مي باشد .
تمام كارهاي انجام يافته بر روي كاربرد مواد نانو سيليس كلوئيدي (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ريولوژي ، كار پذيري و مكانيكي خمير سيمان بوده است . آنچه كه دراينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانوسيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومترميباشد .
5. نانو لوله هاNANOTUBES) )
همان گونه كه در مقدمهمقاله مطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاحعملكرد مكانيكي بتن بكار برده مي شوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . دربتن براي مسلح كردن استفاده مي شود و ليكن تحقيقات رويبتن مسلح شده توسط نانو لوله كربني (Carbon Nanotubes ) انتشار نيافته است تا بتوان از نتايج آن براي مسلحكردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .
نانولوله كربني توسط LIJIMA درسال 1991 كشف شده است وكارهاي بسياري بر روي ساختارنانو در بخش فيزيك كوانتوم انجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهاني نقش اساسيو اصلي بازي ميكند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوينداراي ساختاري هستند كه آنها را از فولاد قويتر وبسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش را بدون شكستن تحمل نمايندودر آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه دركامپوزيت ها به كار برده مي شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقيقاتانجام شده در مركز تحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوع الياف بتني شناختهشده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظهحرارتي و الكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هاديبودن حرارت آنها بيش از دو برابر الماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .
نانولوله ها طبقه جديدي ازمحصولات مي باشند كه انقلابيجديد در زمينه مصالح و مواد پيشرفته را بوجود آوردهاند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره مي توانند به عنوان نانولوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن موادمورد استفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدف اصليذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكردبالاي چند منظوره , بازي مي كنند .
6. نتيجه گيري:
منظور از مقاله ارائه شده نشان دادنمصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوعمواد در صنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراواني براي كارهاي نظري و عملي در دانشگاه هايكشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفي مصالح با ساختار نانو راه براي گام هاي بلندتر در اينزمينه باز شود.
نخبگان جوان
مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زير 100nm باشدتعريف شده اند ، يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است . به طور كلي ،دريك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو مواد را مي توان به صورتهاي زير بيان كرد•: فيلمهاي نانو لايه ( Nano Layer Thin Films ) براي كاربردهاي عمدتاً الكترونيكي•نانو پوششهاي حفاظتي (Nano Coating ) براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي•نانو ذرات به عنوان پيشسازنده (Precursor) يا اصلاحساز (Modifier) پديده هايشيميايي و فيزيكي•نانولوله ها (Nanotubes) منظوراز يك ماده نانو ساختار يا واضح تر يك بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدي است كه در آن انتظاماتمي ، اندازه كريستالهاي تشكيل دهنده و تركيب شيمياييدر سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد .
خواص فيزيكي و شيمياييمواد نانو (در شكل و فرمهاي متعددي كه وجود دارند ازجمله ذرات ، الياف ، گلوله و . . . ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپيتفاوت اساسي دارند . تغييرات اصولي كه وجود دارد نهتنها از نظر كوچكي اندازه بلكه از نظر خواص جديد آنهادر سطح مقياس نانو مي باشد .
هدف نهايي از بررسي مواد در مقياسنانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكردبالا مي باشد ، كه آنها را مي توانبه عنوان مصالحي باعملكرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملكرد چندمنظوره ، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولي ميباشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربردهاي گوناگونيرا ارائه نمايند .
در مطالب بعدي كه خواهدآمد مواد نانو ساختاري معرفي خواهند شد كه با توجه به نوظهور بودنچنين موادي ميتوانند تحولي شگرف در صنعت ساختمان سازيو صنايع وابسته به آن ايجاد كنند .
2. موادنانوكمپوزيت:
مواد نانو كمپوزيت بر پايه پليمر (ماتريس پليمري ) اولين باردرسالهاي 70 معرفي شده اندكه از تكنولوژي سول- ژل(Sol-Gel) جهتانتشار (Disperse) دادن ذراتنانو كاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است .
هرچند تحقيقاتانجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين موادتوسط شركت تويوتا در ژاپن در اواخر سالهاي 80 صورتگرفته است ، ولي رشته نانو كمپوزيت پليمر هنوز در مرحله جنيني و درآغاز راه مي باشد .
در اين شرايط نانو آلومينا ، بهترينساختار نانوئي است كه افق جديدي را در صنعت سراميك نويدمي دهد . زيرا كاربرد اين مواد پديده اي است كه از نظرمكانيكي ، الكتريكي و خواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و دررشته هاي مختلف كاربرد دارد . از جمله مي توان به چندنمونه اشاره كرد:•تكنولوژينانوفلز آرتونايد كه اخيراً به طور تجاري ، اليافنانويي آلومينا ، انقلابي در رشته سراميك بوجود آوردهاست . •ذرات نانويي غير فلزمانند:نانو سيليكا ، نانو زيركونيا و مواد ديگر اصلاحكننده سراميك ها مي باشد .
3. بتن با عملكرد بالا ([1]HPC) :
يكي از چالشهايي كه در رشته مصالح ساختماني بوجود آمده است ، بتن باعملكرد بالا(HPC ) مي باشد . اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالح كامپوزيتبوده و از نظر دوامجزو مصالح كامپوزيت و چند فازي مركبو پيچيده مي باشد . خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي بهنانو ساختار ماده زمينه بتن و سيماني دارد كه چسبندگي ، پيوستگي ويكپارچگي را بوجود مي آورد .
بنابراين ، مطالعات بتن و خمير سيماندر مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و كاربردآنها بسيار حائز اهميت مي باشد . روش معمولي براي توسعهبتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلف الياف مي باشد . درمورد بتن به طورخاص ، علاوه بر عملكرد با دوام و خواصمكانيكي بهتر ، بتن با عملكرد بالاي چندمنظوره (MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد ، از جمله مي توان به خاصيتالكترومغناطيسي ، و قابليت به كار گيري در سازه هاياتمي (محافظت از تشعشعات ) و افزايش موثر بودن آن درحفظ انرژي ساختمانها و ... را نام برد .
4. نانو سيليس آمورف:
در صنعتبتن ، سيليس يكي از معروفترين موادي است كه نقش مهمي در چسبندگي و پركنندگي بتن با عملكرد بالا (HPC) ايفا مي كند .
محصول معمولي همانسليكيافيوميا ميكرو سيليكا مي باشد كه داراي قطري درحدود 1/0 تا 1 ميلي متر مي باشد و داراي اكسيد سيليسحدود 90% مي باشد . مي توان گفت كه ميكرو سيليكا محصولي است كه درمحدوده بالاي اشل اندازه نانو متر جهت افزايش عملكرد كامپوزيت موادسيماني به كاربرده مي شود .
محصول نانو سيليس متشكلاز ذراتي هستند كه داراي شكل گلوله اي بوده و با قطركمتر از 100nm يا بصورت ذراتخشك پودر يا بصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار ميباشند ، كه مايع آن معمول ترين نوع محلول نانو سيليس مي باشد ، اين نوع محلول در آزمايشات مشخص در بتن خود تراكم([2]SCC) به كار گرفته شده است . نانوسيليس معلق كاربردهاي چند منظوره از خود نشان ميدهد مانند:
• خاصيت ضد سايش
• ضد لغزش
• ضد حريق
• ضد انعكاس سطوح
آزمايشات نشان داده اند كه واكنش موادنانو سيليس(Colloidal Silica ) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكروسيليكا بسيار سريع تر انجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همانتاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميكرو سيليكا را درسنين اوليه دارا مي باشد .
تمام كارهاي انجام يافته بر روي كاربرد مواد نانو سيليس كلوئيدي (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ريولوژي ، كار پذيري و مكانيكي خمير سيمان بوده است . آنچه كه دراينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانوسيليس با قطري در محدوده 5 تا 100 نانومترميباشد .
5. نانو لوله هاNANOTUBES) )
همان گونه كه در مقدمهمقاله مطرح شد معمولاً الياف براي مسلح كردن و اصلاحعملكرد مكانيكي بتن بكار برده مي شوند . امروزه از الياف فلزي ، شيشه اي ، پلي پروپلين ، كربن و . . . دربتن براي مسلح كردن استفاده مي شود و ليكن تحقيقات رويبتن مسلح شده توسط نانو لوله كربني (Carbon Nanotubes ) انتشار نيافته است تا بتوان از نتايج آن براي مسلحكردن بوسيله نانو لوله ها استفاده كرد .
نانولوله كربني توسط LIJIMA درسال 1991 كشف شده است وكارهاي بسياري بر روي ساختارنانو در بخش فيزيك كوانتوم انجام يافته است بطوري كه تحقيقات نوين بر روي تكنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهاني نقش اساسيو اصلي بازي ميكند . كربن 60 و نانو لوله هاي نوينداراي ساختاري هستند كه آنها را از فولاد قويتر وبسيار سبك مي كند بطوريكه مي توانند خميدگي و كشش را بدون شكستن تحمل نمايندودر آينده جايگزين الياف كربن خواهند شد كه دركامپوزيت ها به كار برده مي شوند .
نانو لوله ها با توجه به تحقيقاتانجام شده در مركز تحقيقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ايران ) ، داراي مقاومت كششي بيش از هر نوع الياف بتني شناختهشده مي باشند و نيز نانو لوله ها خواص ويژه قابل ملاحظهحرارتي و الكتريكي از خود نشان مي دهند ، بطوريكه هاديبودن حرارت آنها بيش از دو برابر الماس و هادي بودن الكتريكي آنها در حدود 1000 برابر فلز مس مي باشد .
نانولوله ها طبقه جديدي ازمحصولات مي باشند كه انقلابيجديد در زمينه مصالح و مواد پيشرفته را بوجود آوردهاند . يك نسل جديد از نانو كامپوزيت هاي چند منظوره مي توانند به عنوان نانولوله هاي كربني در نقش الياف مسلح كننده مناسب آن موادمورد استفاده قرار گيرند . بنابراين نانو لوله هاي كربني از اجزاي كليدي بدست آوردن هدف اصليذكر شده در فوق به عنوان مصالح ساختماني با عملكردبالاي چند منظوره , بازي مي كنند .
6. نتيجه گيري:
منظور از مقاله ارائه شده نشان دادنمصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوعمواد در صنعت ساختمان مي باشد ، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه هاي فراواني براي كارهاي نظري و عملي در دانشگاه هايكشور وجود دارد كه اميد است كه با معرفي مصالح با ساختار نانو راه براي گام هاي بلندتر در اينزمينه باز شود.
نخبگان جوان