تبلیغات
معماری ایده آل - نانوپوشش های هوشمند- قسمت اول

جستجو گر سایت معماری

 

نانوپوشش های هوشمند- قسمت اول

چهارشنبه 29 آبان 1387   11:55 ق.ظ


نوع مطلب : پروژه و مقالات معماری ،

نانوپوششهای هوشمند، از جمله مهم ترین دستاوردهای بهره گیری از فناوری نانو در عرصه ساخت و تولید پوشش ها به شمار می روند که علاوه بر کارکردهای گوناگون و چند منظوره، انتظارات مصرف کنند را در زمینه صرفه جویی در هزینه و انرژی برآورده می سازند. مواد نانو ساختار در پوشش های هوشمند ضد خوردگی، ضد رادار، تصفیه کننده هوا، تمیز کننده سطوح و پوشش های زیست فعال(1) بکار می روند. این مواد با بهره گیری از برخی عوامل      ---------    ادامه مطلب رجوع كنید

نانوپوشش های هوشمند-قسمت اول

چکیده

نانوپوششهای هوشمند، از جمله مهم ترین دستاوردهای بهره گیری از فناوری نانو در عرصه ساخت و تولید پوشش ها به شمار می روند که علاوه بر کارکردهای گوناگون و چند منظوره، انتظارات مصرف کنند را در زمینه صرفه جویی در هزینه و انرژی برآورده می سازند. مواد نانو ساختار در پوشش های هوشمند ضد خوردگی، ضد رادار، تصفیه کننده هوا، تمیز کننده سطوح و پوشش های زیست فعال(1) بکار می روند. این مواد با بهره گیری از برخی عوامل محیطی از جمله نور، گرما و یا با حساسیت به برخی تغییرات شیمیایی همچون وقوع واکنش خوردگی، عکس العمل مناسب و کارکردهای مورد انتظار را بروز می دهند. در این مقاله نقش نانوذرات در عملکرد هوشمندانه هر یک از پوشش های فوق مورد بررسی قرار می گیرد.

ساختار نانویی

1- مقدمه:

اگرچه فناوری نانو تاکنون توانسته است در بسیاری از زمینه های تولید و کاربرد پوشش های هوشمند نقش مؤثر را ایفا نماید، با این حال لزوم بهره گیری بیشتر از خواص ویژه و بی نظیر مواد نانو ساختار در این عرصه بسیار ضروری به نظر می رسد. نانو پوشش های هوشمند با بهره گیری از نانوذرات فعال و گروه های عاملی مناسب در ساختار مَحمل(2)، قادرند تا در مقابل محرک های محیطی عکس العمل های هوشمندانه محافظتی، ترمیمی، جذبی، دفعی و یا خنثی کننده نشان دهند. از کاربردی ترین نانوپوشش های هوشمند در صنایع نظامی، هوافضا  دریایی می توان به پوشش های هوشمند ضدخوردگی اشاره کرد که قادر به تشخیص زودهنگام و جلوگیری از خوردگی تجهیزات فلزی هستند. همچنین از نانوپوشش های زیست فعال نظیر پوشش های ضدباکتری و ضدخزه، برای جلوگیری از تخریب ناشی از تجمع میکروارگانیسم ها بر روی سازه های فلزی و پیشگیری از افزایش وزن تجهیزات دریایی استفاده می شود. بر روی نمای بیرونی ساختمان ها و یا سطح جاده های پرتردد در نقاط بسیار آلوده، انواعی از نانوپوشش های هوشمند با کارکرد ضدآلودگی هوا اعمال می شوند که آلودگی هایی نظیر اکسیدهای ازت و مواد فرار آلی محیط را جذب و خنثی می کنند. با استفاده از نانو پوشش های آب گریز و یا آب دوست نیز می توان در هزینه های شستشو و تمیزکاری برخی قطعات ساختمانی نظیر شیشه ها و یا نمای خارجی ساختمان ها صرفه جویی کرد. نانوپوشش های هیبریدی آب گریز حتی در جلوگیری از خوردگی سطوح فلزی، بسیار کارآمد عمل می کنند. در این مقاله سعی می شود تا با بررسی نحوه عملکرد و کاربردهای برخی از نانوپوشش های هوشمند، ضرورت بهره گیری از فناوری نانو در ساخت و تولید پوشش های هوشمند آشکارتر گردد.

2- نانوپوشش های هوشمند ضدخوردگی

به کارگیری نانوذرات در ساخت پوشش های ضدخوردگی، از جمله مهم ترین دستاوردهای فناوری نانو است. از کارکردهای مهم نانوذرات در پوشش های حفاظتی می توان به بهبود خواص سدکنندگی، محافظت آندی، کاتدی و افزایش خواص چسبندگی اشاره کرده. استفاده از نانوذرات به عنوان حامل بازدارنده های خوردگی نیز از کارکردهای غیرمستقیم حفاظتی نانوذرات در ساخت پوشش های هوشمند است.

نانوذرات با توجه به برخورداری از ویژگی هایی نظیر سطح جانبی و واکنش پذیری شیمیایی بالا قادرند درصد بالایی از ذرات بازدارنده خوردگی را بر روی خود حمل کنند. اصل مهم در استفاده از نانو ذرات برای پوشش های هوشمند، انتخاب نوعی از نانوذره است که بتواند گونه ای از اتصالات موقت یا بازدارنده ها را ایجاد کند که به محض آزاد شدن محصولات جانبی خوردگی، این اتصالات شکسته شده و آزادسازی بازدارنده در محیط ممکن گردد.

در دسته ای از نانوپوشش های هوشمند ضدخوردگی، اتصالات ایجاد شده میان نانوذره و بازدارنده نسبت به یون های هیدروکسید که از محصولات جانبی عمده در فرایندهای خوردگی فلزات هستند حساس بوده و به محض آزاد شدن آن در محیط، اتصالات شکسته شده و بازدارنده به طرف محل آسیب دیده حرکت می کند. بازدارنده به طرف آسیب دیده حرکت می کند. بازدارنده در واکنش با عوامل خورنده احیا شده، اکسیدهای نامحلولی ایجاد می کند که بر روی سطح فلز رسوب و از نفوذ الکترولیت به سطح فلز جلوگیری می کند و موجب غیرفعالی شدن آن می گردند. (شکل 1)

شکل1

از مهم ترین مزایای این دسته از پوشش ها عدم بکارگیری برخی بازدارنده های شیمیایی نظیر کرومات هاست که به شدت سرطان زا  هستند. استفاده از بازدارنده هایی نظیر کرومات ها در پوشش های غیرهوشمند به دلیل آزادسازی مداوم آنها حتی هنگام ایجاد نشدن واکنش خوردگی، موجب مصرف مقادیر بسیار زیاد و بی رویه می شد که خطرات زیست محیطی بسیاری را به دنبال داشت.

در انتخاب نوع نانوذره، در نظر گرفتن مساحت جانبی بالا، قیمت کم و ایجاد یک سطح قابل دسترس از طریق پخش خوب نانوذره(4) بسیار حائز اهمیت است. نانوپوشش های هوشمند تولید شده با استفاده از درصد ناچیزی بازدارنده (کمتر از 5 درصد) قادرند با پوشش های حاوی مقادیر بالایی از بازدارنده (40 – 30 درصد) به خوبی رقابت کنند و حتی مقاومت خوردگی بهتری را نشان دهند. نانوپوشش های ضدخوردگی هوشمند به ویژه برای اعمال بر داخل مخازن ذخیره سوخت هواپیماها - که دسترسی به سطح داخلی آنها دشوار است – بسیار کاربردی هستند.

3- نانوپوشش های ضد رادار

یکی از راه های نامرئی کردن تجهیزات نظامی مانند هواپیماها، کشتی ها و زیردریایی ها از دید رادارها، استفاده از پوشش های هوشمند است. اساس کار رادارها بر تولید و انتشار امواج الکترومغناطیسی با یک فرستنده و دریافت پژواک(5) احتمالی از طریق گیرنده است. در صورت وجود پژواک، صفحه نمایش رادار آن را به صورت یک نقطه نورانی نشان می دهد، همچنین رادارها با محاسبه مدت رفت و برگشت امواج قادر به تشخیص فاصله و سرعت هدف هستند. فلزات، امواج رادار را به خوبی منعکس می کنند؛ لذا بدنه فلزی یک هواپیما جسمی ایده آل برای انعکاس سیگنال های منتشر شده از سوی یک رادار است. برای نامرئی کردن اهداف نظامی مانند هواپیماها و کشتی ها دو روش به کار می رود:

1- تغییر شکل بدنه اهداف نظامی: با تغییر شکل بدنه اهداف نظامی می توان انعکاس امواج انتشار یافته از رادار را به سمتی غیر از تجهیزات رادار هدایت کرد. بیشتر از هواپیماهای موجود شکلی منحنی دارند. این نوع طراحی در ضمن اینکه آنها را آیرودینامیک می کند، سبب می شود امواج رادار با برخورد به هر جای هواپیما، به طرف تجهیزات رادار منعکس گردد، در حالی که با تغییر شکل سازه از حالت منحنی به سطوح با لبه های تیز می توان موجب پخش امواج رادار در جهاتی غیر از جهات قابل تشخیص توسط رادار شد (شکل 2):

شکل2

2- پوشش دادن اهداف نظامی با مواد جذاب امواج الکترومغناطیسی: پوشش های جاذب امواج رادار، حاوی موادی هستند که انرژی موج را به طور متناوب جذب و در داخل خود به حرارت تبدیل می کند. این حرارت پس از انتقال به بدنه هواپیما دفع می گردد (شکل 3). در انواع پوشش های جاذب امواج رادار، از دو دسته مواد یکی ذرات مغناطیسی فریت و دیگری ترکیبات کربن، نظیر کربن سیاه استفاده می شود .

شکل3

استفاده از نانوذرات در ساخت پوشش های هوشمند ضدرادار با اهدافی همچون دستیابی همزمان به پوششی با خواص مکانیکی بی نظیر مانند استحکام و چسبندگی بالا و کاهش وزن پوشش تا حد امکان صورت می گیرد. از مهمترین اشکالات پوشش های ضدرادار سابق می توان به اعمال وزن اضافی ناشی از پوشش بر روی بدنه هواپیماها و سایر تجهیزات اشاره کرد که به ویژه در صنایع هوایی از نقطه نظر مصرف سوخت و مشکلات نشست و برخاست هواپیما بسیار حائز اهمیت است.

مطالعات انجام شده نشان می دهد که نانو ذرات فریت نسبت به ذرات فریت میکرو مقیاس خواص مغناطیسی بیشتری را از خود نشان می دهند و استفاده از آنها حتی در مقادیر کم نتایج عالی در پی داشته است. در یک نمونه نانوپوشش ضدرادار از نانوذرات فریت به میزان 5 درصد در یک ماتریس پلیمری اکریلیک استفاده شده است .

همچنین نانولوله ها و نانوذرات کربن سیاه با توجه به ایجاد خواص مکانیکی بهینه جایگزین خوبی برای ذرات کربن معمولی محسوب می شوند. در نوع دیگری ازاین دسته پوشش ها، از نانوذرات کربن سیاه در ماتریس پلیمری به میزان 5 درصد وزنی استفاده شده است .

روی سطوح داخلی و خارجی خطوط لوله های انتقال نفت و گاز، تانک ها، مخازن و پوشش داخل مخازن ذخیره سوخت هواپیماها - که دسترسی به سطح داخلی آنها دشوار است – بسیار کاربردی هستند.

 

 

پانوشت:

1. Bioactive

2. Binder

3. منظور توانایی ایجاد سد و مانع در برابر ورود عوامل خورنده نظیر آب، یون ها و غیره است.

4. استفاده از خاصیت مساحت جانبی بالا به عنوان مزیت اصلی نانوذرات در سات نانوپوشش ها زمانی میسر می گردد که سطح ذره کاملاً در اختیار محمل مورد نظر قرار گیرد؛ بدین معنی که تا جای ممکن ذرات باید از حالت چسبیده یا اگلومره خارج شوند.

5. Echo

 

 

منبع: مجله فضای نانو


نوشته شده توسط : علی صنعتی