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 ۱,۱۰۲
  • بازدید این ماه ۵۵
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

بهبود خواص ظاهری شیشه‌های ساختمان

مقدمه

امروزه مطالعات بر روی بهبود خواص ظاهری و کاربردی انواع شیشه‌هایی که در ساختمان‌ها بکار می‌رود توسط پژوهشگران و در کشورهای مختلف انجام می‌گیرد. از آنجا که بهبود خواص ظاهری شیشه ویترین یک مغازه یا شیشه به کار برده شده در یک اداره یا یک ارگان تولیدی به شدت در جذب مشتری موثر است، مطالعات برای ارائه شیشه‌هایی با ظاهر جدید در حال گسترش است. به عنوان مثال، شیشه‌ای را تصور کنید که قابلیت تغییر از حالت شفاف به حالت کدر، توسط یک کلید را داشته باشد. می‌توان از این شیشه برای پنجره‌ی خانه (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید) برای جلوی فروشگاه‌ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه خصوصی، هنوز متداول نشده است، اما نمونه‌های زیادی از آن در دنیا وجود دارد.

در این بخش به اختصار به روش‌های بهبود خواص ظاهری شیشه‌های ساختمانی با فناوری نانو پرداخته شده است و در بخش آتی به روش‌های بهبود عملکرد این شیشه‌ها از نظر ضد آب و لک شدن و کاهش اتلاف انرژی پرداخته شده است.

1- بهبود خواص ظاهری شیشه‌ها

در عرصه بهبود خواص ظاهری شیشه‌ها، مطالعه بر روی دو نوع شیشه (که امروزه به شیشه‌های هوشمند معروف شده‌اند) در حال انجام است:

1- شیشه‌های الکتروکروماتیک کدرشونده با پلیمر کریستال مایع: که با استفاده از جریان الکتریسیته شفاف شده و با قطع آن کدر می‌شوند.
2- شیشه‌های الکتروکرومیک با لایه‌های رسانا که با تغییر خواص نوری (مثل شفافیت) تغییر رنگ می‌یابد.

مواد الکتروکروماتیک:

مواد الکتروکروماتیک مواد بخصوصی هستند که خواص نوری (مثلا رنگ) آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می‌کند. جریان الکتریسته با حرکت دادن یون‌های موجود در این ماده باعث ایجاد واکنش شیمیایی بین یون‌ها می‌شود. این واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد می‌شود و کاری می‌کند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند.

ساختمان درونی شیشه‌های PDLC از دو لایه‌ی شفاف قلع به عنوان الکترود تشکیل شده که لایه‌ای (به ضخامت یک سوم ضخامت یک تار مو) از پلیمرهای کلوئیدی با اندازه نانو و ساختار کریستال مایع بین آنها ساندویچ شده است. (مطابق شکل 1)

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: نحوه نمایش عملکرد شیشه‌های الکتروکرومیک (با فیلم کریستال مایع) 

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: شفاف شدن شیشه‌های الکتروکرومیک با زدن یک کلید و کدر شدن آن با قطع برق 

بیشتر بدانید:
منظور از واژه کریستال مایع در بند فوق، حالتی از ماده مرکب بین نظم چینش اتم‌ها جامد و بی‌نظمی چینش در مایع است. به عبارت دیگر می‌توان گفت در حالت کریستال مایع نظم فقط در بعضی جهات بلوری، در فواصل کوتاه و صرفا بین چند اتم همسایه وجود دارد. از خواص قابل توجه در مواد با ساختار کریستال مایع، خاصیت انیزوتروپی است که منظور از کلمه انیزوتروپی آن است که در جهات مختلف کریستالی، خاصیت نوری متفاوت است. 

با گذراندن جریان الکتریسیته از فیلم کریستال مایع و به خاطر هم‌جهت شدن کلوئیدهای پلیمر کریستال مایع با میدان الکتریکی اعمالی، شیشه شفاف می‌شود. با قطع جریان کریستال‌ها با جهت‌گیری تصادفی خود در فضا موجب پخش کردن نور، و در نتیجه مات شدن شیشه می‌شوند. (شکل 2)

لازم به ذکر است این فناوری کاربردهای فراوانی دارد. به عنوان مثال می‌توان از این شیشه برای پنجره‌ی خانه (در حالت نیاز به ایجاد عدم دید)، برای جلوی فروشگاه‌ها در شب و همچنین حمام استفاده کرد. با وجود اینکه استفاده از این شیشه خصوصی هنوز متداول نشده است اما نمونه‌های زیادی از آن در تمام دنیا وجود دارد.

فکر کنید
با توجه به این که پخش یکنواخت کلوئیدهای پلیمر کریستال مایع پیش‌ شرط ساخت و تولید شیشه‌های PDLC است تا به خوبی با قطع برق در سطح شیشه پخش شوند و آن را به طور یکنواخت مات کنند، درباره روند پخش این مواد و پروسه ساخت این نوع شیشه‌ها (با لایه‌های بسیار نازک) فکر کنید.

نوع دیگری از شیشه‌های الکتروکرومیک وجود دارد که با افزودن نانومواد خاصی با تغییر خواص نوری شیشه، باعث تغییر رنگ یا تغییر شفافیت می‌شوند که این تغییر رنگ بسته به اندازه شیشه ممکن است حدود چند دقیقه طول بکشد. در این نوع شیشه هم جریان الکتریکی برقرار شده و خاصیت الکتروکرومیک، سبب تغییر خواص نوری و کدر شدن می‌شود. 

نمونه این نوع شیشه‌ها، با افزودن نانوهیدرید مواد نیمه‌هادی مثل تیتانیا به عنوان الکترود کار تولید می‌شود. افزودن چند لایه از این نانومواد متخلخل بر سطح شیشه مواد باعث می‌شود خواص انعکاسی شیشه بیشتر از خواص جذب آن شود. 

الکترون‌های نانو تیتانیا با جذب انرژی الکتریکی تهییج شده و به نوار رسانش می‌رود و در نوار ظرفیت حفره ایجاد می‌کند.

بیشتر بدانید
طبق نظریه نواری، در یک اتم تنها، الکترون‌ها در سطوح انرژی مجزا و کوانتیده قرار دارند. این سطوح انرژی از انرژی پایین‌تر شروع به پر شدن می‌کنند. وقتی اتم‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند، حالت‌های مجاز و تقربیا مساوی از انرژی کنار هم قرار می‌گیرند و سطوح انرژی به صورت نوار انرژی در می‌آید. در نزدیکی هسته نوار ظرفیت و بالاتر از آن نوار رسانش ایجاد می‌شود. ما بین این دو نوار منطقه ممنوعه یا گپ انرژی است. برای گذار یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش باید انرژی لازم از بیرون تأمین شود.

یون‌ها از لایه ذخیره یونی (از سمت الکترود کار) به سمت لایه هدایت یونی حرکت کرده و به لایه الکتروکروماتیکی رجعت کنند و شیشه را شفاف نمایند. با قطع الکتریسته فرآیند برعکس عمل کرده شیشه مجدداً تیره می‌شود؛ در واقع مکانیزم در این نوع شیشه‌ها از نوع اکسایش و کاهش است. یعنی با اعمال جریان الکتریکی و تهییج برهم کنش بین یون‌ها و اکسایش و کاهش حفره و الکترون شیشه شفاف می‌شود (شکل 3)

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3: مکانیزم عملکرد شیشه‌های الکتروکرومیک با لایه‌های رسانا 

لازم به ذکر است یکی از ویژگی‌های مهم این نوع شیشه‌ها قابلیت تنظیم آنهاست، به طوریکه می‌توان شدت کدری آنها را با تغییر مقدار جریان تنظیم کرد.

منابـــع و مراجــــع

http://nanoart.my/nano.swf

Integrated energy storage and electrochromic function in one flexible device: an energy storage smart window, Kai Wang , Haiping Wu , Yuena Meng , Yajie Zhang and Zhixiang Wei, Energy & Environmental Science Journal, Issue 8, 2012.

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

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