برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۲/۲۹ تا ۱۳۹۷/۰۳/۰۴

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۲۹,۶۸۵
  • بازدید این ماه ۲۵۶
  • بازدید امروز ۸
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۴۴
  • قبول شدگان ۱۰۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۶۷
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

شیشه و نانوتکنولوژی 1

از کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت ساخت شیشه می توان به محصولاتی مانند شیشه های خودتمیز شونده، شیشه های کنترل کننده انرژی و شیشه های محافظ در برابر آتش اشاره کرد. در ساخت شیشه های خود تمیز شونده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود. این شیشه ها دارای خاصیت ضدلک و ضدعفونی کنندگی هستند. ساخت شیشه‌های خود تمیزشونده که حتی مشکل تمیزکاری پنجره‌ها بخصوص در ساختمان‌های بلند را از میان برمی‌دارد، با کمک فناوری نانو حاصل شده است. شیشه های محافظ در برابر آتش از طریق قرار دادن یک لایه شفاف محتوی نانوذرات سیلیس در میان دو صفحه شیشه ای ساخته می-شوند. شیشه های کنترل کننده انرژی سبب کاهش عبور امواج ماورای بنفش و مادون قرمز، و تنظیم عبور نور مرئی و هم چنین جلوگیری از اتلاف انرژی در بخش‌های مختلف و استفاده بهینه انرژی در ساختمان شده است. از طرفی به حفظ و نگهداری ساختمان برای مدت طولانی، و همچنین مقاوم‌سازی آن، حتی در برابر حوادث غیرمترقبه کمک بسیاری می کند.
شیشه و انواع آن:
برای استفاده از خواص فوق العاده نانو مواد ، در اکثر اوقات لازم است، تا بر روی یک بستر مستحکم قرار گیرند. انواع شیشه ها می توانند گزینه خوبی برای این منظور باشند. با ترکیب شیشه ها با خواص متفاوت به همراه نانو ذرات می توان خواص بسیار جالبی از ترکیب آنها بدست آورد. در این قسمت برخی از انواع شیشه های پرکاربرد به عنوان عنوان بستر معرفی خواهد شد. سپس با استفاده از نانو ذرات خواص شگفت انگیزی بر روی شیشه بوجود خواهد آمد.

شیشه ایمن( Safety glass)
دو نوع شیشه امن وجود دارد:
1. لایه لایه ای ( لامینت)

عنوان : کاربرد نانوفناوری در نانولمینیت عایق حرارتی

توضیحات : از جمله سیستم های عایق حرارتی، سیستم های نانولمینیت هستند که شامل لایه هایی از مواد مختلف با ضخامت چند نانومتر می باشند. در نانولمینیت ها، تراکم بالای بین سطحی که توسط لایه های متناوب ایجاد می شود، مانع از انتقال گرما و هدایت حرارتی می شود.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه ای 1: کاربرد نانوفناوری در نانولمینیت عایق حرارتی

2. حرارت دیده – حرارتی
filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820

شیشه ایمن لایه ای:
شیشه های ایمن یک لایه نازک انعطاف پذیر پلاستیک شفاف به نام پلی وینیل بوتیرال (pvb) است که در میان دو یا چند تکه از شیشه تحت فشار قرار می گیرد (ساندویچ می شود). غشاء پلاستیک شیشه را در زمان شکست در جای خود نگه می دارد که به کاهش جراحات ناشی از پرتاب شیشه کمک می کند. بانک ها از یک شیشه دو جداره ی لایه ایی به منظور جلوگیری از وارد شدن گلوله تفنگ استفاده می کنند. شیشه ی لایه ای در برابر بیرون افتادن از قاب در مواقع زلزله و طوفان نیز مقاومت می کند.
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2 – سارقین به راحتی قادر به عبور از شیشه های لمینت نیستند.

شیشه های ایمن لایه ای دو مزیت دیگر نیز دارند:
● انتقال صدا با فرکانس بالا را کاهش می دهد.
● 97 درصد از اشعه UV، (ماوراء بنفش) را می گیرند.

شیشه ایمن لایه ای در موارد زیر استفاده می شود.
● دما سنج ها، برای برداشتن دمای بدن
● صفحات برنده (Cutting boards)
● پنجره های گلخانه ها
● چهار دیواری دوش - حمام (Shower enclosures)
● پارتیشن های دفتر

شیشه ایمن حرارتی:
شیشه ایمن حرارتی تنها یک تکه از شیشه است که به وسیله عملیات حرارتی گرم می شود، سپس سریع سرد می شود و شیشه تبدیل به یک جسم سخت می شود. عملیات حرارتی مقاومت شیشه را تا 10 برابر افزایش می-دهد. وقتی این نوع شیشه ضربه می خورد به تکه های تیز دندانه دار مثل ترکش های یک شیشه عادی یا یک آیینه تبدیل نمی شود. در عوض به تکه های شبیه به سنگریزه تبدیل می شود، بدون لبه های تیز. شیشه حرارتی در پنجره های کناری خودروها استفاده می شود. عینک هایی که از یک شیشه حرارتی استفاده می کنند به وسیله یک عملیات شیمیایی حرارت می گیرند.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3 - شیشه ایمن لامینت شده شکسته - شیشه ایمن حرارتی شکسته شده

کاربردهای شیشه های حرارتی ایمن:

• مانیتورهای کامپیوتر
• نمایشگرهای کریستال مایع LCD
• نورگیرها
• قفسه های یخچال
• درهای کوره
• درهای مقاوم در برابر طوفان

اگر شما عینک آفتابی قطبیده شده به چشم بزنید می توانید به راحتی شیشه ایمن حرارتی را در پنجره های عقب یک اتومبیل در روز آفتابی تشخیص دهید. سرتان را 90 درجه کج کنید. شما یک طرح متقارن که در هنگام عملیات حرارتی شیشه ساخته شده است را خواهید دید.
به هر حال با ورود نانوتکنولوژی به هر حوزه ای می توان خواص و کاربردهای جدید در آن حوزه را انتظار کشید. صنعت شیشه نیز از این امر مستثنی نبوده و شاهد تغیراتی اساسی در تنوع و کارکردهای محصولات بوده که در زیر به چند مورد از آن اشاره خواهد شد.

شیشه های ضد لک و آسان تمیز شونده
پوشش های Nanoprotect AG که در صنعت خودرو سازی کاربرد دارد، موجب دفع آب و ذرات گرد و غبار شده و به راحتی می توان سطح آن را تمیز کرد. این روکش همچنین ضدسایش بوده و علاوه بر مقاوم بودن در برابر پرتوهای فرابنفش، از دوامی طولانی برخوردار است. مشکل آلودگی سطوح مخصوصاً در مورد سطوح با انرژی بالا همانند شیشه یا فلز که تمایل به جذب مولکول¬های دیگر دارند، فراگیر است. راهبرد معمول برای حل این مشکل، کاهش انرژی آزاد سطحی این مواد بدون از بین رفتن ویژگی هایی همانند شفافیت است. برای رسیدن به سطوح آسان تمیزشونده باید به طریقی انرژی سطح را کاهش داد. یکی از مثال های آشنای این مورد، روکش های پرفلوئوره ( تفلون ) بر روی ظروف آشپزی نظیر تابه¬های نچسب است. معمولاً زمانی که زاویه تماس آب بالای100 درجه است، ویژگی دفع روغن و آب افزایش می یابد.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل4– استفاده از پوشش های ضداثرانگشت بر روی لوازم الکترونیکی

filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل5 - شیشه های آسان تمیز شونده به راحتی و با فقط یک دستمال ساده تمام آلودگی خود را از دست می دهند.


filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 6 – a) زاویه ترشوندگی کوچک و خصلت آبدوستی بالا b) زاویه ترشوندگی بزرگ و خصلت آبگریزی بیشتر

نکته قابل تامل این است که این نوع پوشش های کاهنده انرژی سطحی بر روی موادی چون شیشه قابل استفاده نیست. زیرا اساس استفاده از شیشه، که شفافیت است را به شدت کاهش می دهد. برای رسیدن به شیشه با انرژی سطحی پایین باید از لایه های نازک بر روی سطح استفاده شود، تا شفافیت تغییر قابل ملاحظه ای نداشته باشد. در عین حال بتواند خواص جدید مورد نیاز را نیز تامین کند. برای این منظور می توان از مواد مختلفی استفاده کرد. این مواد باید به گونه ای انتخاب شوند که پس از نشستن بر روی سطح شیشه گروه های آبگریز آن ها ( نظیر متیل، اتیل و ... ) به سمت خارج جهت گیری کند، تا ضمن کاهش جذب آلودگی به راحتر تمیز شدن آن نیز کمک کند.
شیشه های خودتمیزشونده با پوشش TiO2
نانوذرات دی اکسیدتیتانیوم، عضوی از خانواده بزرگ نانوذرات هستند که به سبب ایجاد خاصیت خودتمیزکنندگی برای سطوح، از ابتدای شکل گیری فناوری نانو، مورد توجه ویژه واقع شده اند. از این نوع فوتوکاتالیست می توان برای ساخت شیشه ها و آجرهای خود تمیز شونده در نمای ساختمان ها استفاده کرد. علاوه بر این با پوشش دهی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر زیرلایه های مناسب، می توان فیلترهای کارآمدی برای از بین برندن بو، تصفیه هوا و آب و فاضلاب ساخت.

http://nanoart.my/nano.swf
چند رسانه ای 1 – نحوه عملکرد پوشش های فتو کاتالیست بر روی سطح شیشه در برابر تابش

پوشش هایی از ماده دی  اکسیدتیتانیوم را با استفاده از روش های گوناگون، بر روی شیشه لایه نشانی می کنند. این پوشش با توجه به خاصیت نیمه هادی اکسیدی دی اکسیدتیتانیوم طی دو مکانیزم متفاوت باعث به وجود آمدن دو خاصیت به شرح زیر می شود. زمانی که پوشش دی اکسیدتیتانیوم بر روی شیشه ها در معرض تابش UV (که بخش اعظم نور خورشید را تشکیل می دهد ) قرار می گیرد، آلودگی هایی مانند گرد و غبار و ذرات همراه باران را که به مرور زمان بر روی شیشه باعث آلوده شدن و عدم دید خوب می شود، تجزیه می کند.
خاصیت دومی که این پوشش به شیشه می دهد خاصیت آب دوستی است به این ترتیب که آلودگی های تجزیه شده هیدروکربن های آلی بر روی شیشه، بر اثر بارش باران یا آبی که به صورت مصنوعی بر روی شیشه ریخته می شود، به صورت ورقه ای پایین می آید.

filereader.php?p1=main_8f14e45fceea167a5
شکل 7 – سطح ابر آبدوست دی اکسید تیتانیم و قطرات مایع که آلودگی را به راحتی پاک از بین می برند.

استفاده از این نانومواد برای ایجاد پوشش بر روی شیشه می تواند منجر به ویژگی های ذیل برای آن ها بشود:
• پس زدن آب و روغن از روی شیشه
• عدم چسبیدن آلودگی و کثیفی بر روی شیشه
• پاک شدن گل و لای بوسیله آب باران
• عدم رسوب گرفتن شیشه
• ممانعت از خوردگی
• افزایش استحکام و مقاومت شیشه در برابر خش افتادگی
• جلوگیری از تشکیل اثر انگشت روی شیشه
• روشن تر و شفاف تر شدن شیشه تا 20%
• یکنواخت تر شدن سطح شیشه تا 30%
• افزایش دید از طریق شیشه در شرایط بد آب و هوایی
• تمیز باقی ماندن شیشه تا مدت زمان طولانی
• ضد انعکاس
برای پوشش دهی شیشه ها موادی وجود دارد که علاوه بر قابلیت دفع آب و آلودگی، در برابر خش نیز مقاوم است. در ضمن در برابرشوینده های شیمیایی و اسیدهای ملایم نیز مقاوم بوده و تحمل حرارت تا 250 درجه سانتیگراد را دارد. قیمت شیشه ها با پوشش اکسید تیتانیوم حدود 10 درصد بیشتر می شود.

روکش های ضد مه بر روی شیشه
قرار دادن یک سطح خنک در یک محیط گرم تر موجب ایجاد مه می شود. این اثر غیر قابل اجتناب است، مگر اینکه سطح مورد نظر گرم شود. تشکیل مه در اثر ایجاد قطرات کوچک روی سطح آیینه ای است که موجب انعکاس ذره ای نور می شود. یک سطح ابرآبدوست می¬تواند از تشکیل این قطرات کوچک جلوگیری کند. این قطرات به سادگی با هم ادغام شده و یک لایه نازک آب را روی سطح آینه ای ایجاد می کنند که در این حالت، انعکاس پذیری سطح تغییر چندانی نمی کند. زمانی که روکش های فتوکاتالیزوری دی اکسید تیتانیوم در معرض مقدار مناسبی نور ماورای بنفش قرار گیرند، ابرآبدوست می شوند. در این حالت قطرات بخار آب هرگز روی سطح شیشه ها به صورت قطره جمع نمی شود بلکه به واسطه خصوصیت فوق آبدوستی سطح سریعاً روی سطح پخش شده و یک لایه سنگین آب روی سطح ایجاد می کند. این لایه به واسطه افزایش تدریجی وزن تمایل به سقوط دارد. در این کاربرد خاصیت آبدوستی شیشه توسط دو لایه SiO2 و TiO2 ایجاد می‌شود. ترکیب SiO2 در لایه خارجی قرار دارد و کشش سطحی بین آب و شیشه را کم می کند. دی اکسید تیتانیوم در لایه داخلی قرار دارد و نور خورشید را جذب نموده و مواد آلی را متلاشی می کند. با توجه به ساز و کار ذکر شده این لایه از خود خاصیت خود تمیز شوندگی نشان می‌دهد.

filereader.php?p1=main_45c48cce2e2d7fbde
شکل 9 – آینه هایی خودرو جدید با پوشش دی اکسید تیتانیوم با خاصیت ضدآلودگی و ضد مه و ضد انعکاس نور

شیشه های کم گسیل با پوشش نانویی جهت کاهش مصرف انرژی:
در این راستا می توان با استفاده از روکش های نانویی بر روی شیشه پنجره ها، آن ها عایق و تبادل حرارتی را بهینه کرد و اصطلاحاً به شیشه خاصیت کم گسیل (Low emission) اضافه کرد. در این صورت نقش آنها در کاهش مصرف انرژی غیر قابل انکار خواهد بود.

filereader.php?p1=main_c9f0f895fb98ab915
شکل 8 – شیشه های کم گسیل باعث مدیریت انرژی می شوند

پوشش نانویی در شیشه¬های کم گسیل، اجازه عبور بخش مرئی طیف نور خورشید را می دهند، اما طیف حرارتی (امواج مادون قرمز) و امواج مضر (ماوراء بنفش) را منعکس و فیلتر می کنند. این شیشه ها انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما که ترکیبی از پدیده های هدایت، جابجایی و تابش است را به مقدار زیادی کاهش می دهند و همچنین انتقال حرارت تابشی (کسب انرژی خورشید) را نیز تحت کنترل دارند.
با توجه به مشخصات مذکور، استفاده از این نوع شیشه، مزایایی از جمله آسایش حرارتی در زمستان و تابستان، کاهش هزینه سالانه انرژی، جلوگیری از ورود اشعه های مضر خورشید همراه با تأمین روشنایی مناسب برای ساختمان و در نتیجه کاهش هزینه مورد نیاز برای روشنایی، را در بر دارد.

شیشه های محافظت شده در برابر آتش
در مورد جداره های شیشه ای نیز، فناوری نانو به بهبود عمل حفاظت در مقابل آتش کمک می کند. در زمینه مقابله با آتش، همیشه برای شیشه یک نکته منفی وجود دارد و آن شکنندگی، شعله ور شدن و نشر دود ناشی از ذوب شیشه در هنگام وقوع حریق است. با استفاده از نانو ذرات، می توان شیشه های ضد حریق به وجود آورد که در اثر حرارت، یک پوشش اسفنج مانند (فوم مانند) را تشکیل می دهند که محافظت بهتری را در برابر آتش انجام می دهد. این جداره ها در مقایسه با نمونه های قبلی (تکنیک های گذشته) تقریباً 50 درصد سبکتر هستند و اثر ضد حریق آنها 2 برابر است. بر مبنای این روش، یک نانو ژل شفاف ساخته می شود که فضای بین دو جداره خارجی از آن پر می شود و با قرارگیری در معرض حرارت یک فوم سرامیکی سخت و ریز حفره(ریز متخلخل) با خواص عایقی بالاتری تولید می کند. هنگام آتش سوزی، این ژل متورم شده و یک فوم مستحکم مات ایجاد می کند. نانوذرات سیلیکای پخش شده می توانند مدت زمان حفاظت در برابر آتش را افزایش دهند. مقاومت حرارتی این شیشه به گونه¬ای است که اگر شیشه ای به ضخامت دو سانتیمتر از این نوع وجود داشته باشد، می تواند حرارت را به گونه ای کنترل کند که اگر در یک سمت شیشه آتش وجود داشته باشد، می توان دست خود را به سمت دیگر چسباند. از کاربردهای این شیشه می توان به سپرهای حرارتی شفاف و مقاوم در برابر آتش اشاره کرد. این سپر ها برای آتش نشان ها بسیار ضروری است. کاربرد دیگر آن در ساختمانهای تجاری، اداری یا حتی منازل است. این نوع از شیشه ها در صورت آتش-سوزی از سرایت آن به مناطق دیگر جلوگیری می کنند. به دلیل کوچکی ذرات نانو موجود در ژل، پراکندگی نور کاهش می یابد و این امر سبب می شود تا شفافیت جداره های ضد حریق حفظ شود. شیشه های ضد حریق به طور آزمایشی در فرودگاه دبی استفاده شده اند. چند رسانه ای زیر به نحوه عملکرد شیشه های عایق حرارتی اشاره دارد.


منابـــع و مراجــــع

1.http://nanoart.my/nano.swf

2.ماهنامه فناوری نانو، سال دهم، مهر 90، شماره 7

3.سیستم جامع آموزش فناوری نانو، کاربرد های نانو فناوری، خودرو، محسن نهاوندی

4.ستاد ویژه توسعه نانو، گزارشهای رصد فناوری نانو در صنعت، کاربردفناوری نانو در صنعت ساخت و ساز (آلمان)

نظرات و سوالات

نظرات

1 -1

اعظم نوری - ‏۱۳۹۲/۱۲/۱۴

جالب بود مخصوصا شیشه ضد حریق ممنون.

1 -1

عباس رستمی - ‏۱۳۹۲/۱۲/۰۸

با عرض سلام و خسته نباشید بیان شده که شیشه های حاوی نانوذرات اکسید تیتانیوم آبوست هستند ولی در چند خط پایین تر بیان شده که پس زدن آب و روغن از روی شیشه یکی از مزایای استفاده از این نانومواد است آبدوستی و روغن دوستی دو اثر متضادند که علت به قطبی بودن و غیر قطبی بودن بر می گردد بنابراین نمی تواند هم آب و هم روغن را پس بزند. شاید روغن را به صورت روغن گریز پس می زنذ که باید ذکر می شد.

متشکرم