نانو عایق ها
نانو عایق ها یا نانوذرات در ترکیب با پلیمرها، عایقهای سبک و با کارایی بالا تولید میکنند که نه تنها مصرف انرژی را کاهش میدهند، بلکه به حفظ محیط زیست نیز کمک میکنند. در فرایند طراحی معماری بسیار پیش می آید که طراح قصد داشته باشد انتقال حرارت در ماده ای را کاهش یا افزایش دهد با این هدف که انتقال گرما از از طریق آن را بهتر کرده یا اینکه عایق بهتری ایجاد کند فناوری این امکان را فراهم آورده که هم آورده که هم بتوان موادی با قابلیت رسانایی حرارتی بهتری ایجاد کرد و همین ماجرا برای انتقال صوت از پیکره مواد و مصالح ساختمانی هم رخ دهد. در این فصل ابتدا مختصری پیرامونی ساز و کار انتقال انرژی حرارتی صوتی و رطوبت از طریق مواد صحبت شده و پس از آن درباره کیفیت های گونگون عاییق های صوتی حرارتی و رطوبتی و کمکی که فناوری نانو می تواند به این حوزه بکند بحث خواهد شد. نانونیا مرکز محصولات نانو و ارائه کننده محصولات نانو مقررون بصرفه و با کیفیت بالا است.
عایق های حرارتی
یکی از روش هایی که می توان ماده را به عایقی مطلوب تبدیل کرد تغییر دادن مسافت آزاد میانگین است که این کار را می توان به کمک داخل کردن تعدادی اتم به شکل ناخالص یا تعدادی ذرات بسیار ریز پراکنده به درون ماده انجام داد. روش دیگری که مرسوم تر است افزایش مقاومت فلزات است که منجر به تغییر انتقال حرارتی آن ها می شود.
به منظور کاهش انتقال حرارتی می توان از نانوذرات یا نانوکریستال های بسیار ریز پخش شده در ماده استفاده کرد و نوعی ماتریس خاق کرد که متشکل از مراکز کاهنده انتقال حرارت متفرق هستند. به این ترتیب از کیفیت انتقال حرارتی ماده کاسته شده و قابلیت های عایق بودنش ارتقا می یاید.
البته در پاره ای مواد نیز با استفاده ار نانوذرات کربن مبادرت به بهبود رسانایی گرمایی برخی مواد می کنند که در صنعت کاربردهای گوناگون دارند اما از موضوع این کتاب خارج هستند. در این خصوص شکل نانوذرات مورد استفاده تاثیر زیادی در این کیفیت خواهند داشت. نانوذرات کروی تاثیر کمتری نسبت به نانولوله ها و نانورشته های کربنی دارند. عملکرد اصلی نانورشته های کربنی ارتقای رسانش گرمایی و الکتریکی ماده است. نانونیا ارائه کننده پوشش های نانو ارزان و با کیفیت بالا است.
مواد نانو متخلخل
در مواد نانومتخلخل از آنجایی که ابعاد (قطر) حفره ها کاهش پیدا می کند سطح نسبی حفره ها به طور چشمگیری افزایش می یابد. در پلیمرهای متخلخل معمولی اندازه کوچک ترین حفره ها حدود 1 میکرون است حال آنکه این ابعاد در پلیمرهای نانومتخلخل به 100 نانومتر و حتی کمتر می رسد.
این بدان معناست که در این مواد شاهد افزایش بسیار سطح نسبی حفره ها خواهیم بود. سیر تحول انواع عایق های پایه پلیمری نشان داده شده است. با افزودن رنگ دانه هایی (دوده و کربن) که در طیف فروسرخ فعال هستند. به عایق های پلیمری سنتی انتقال حرارتی از راه عایق بیش از پیش کاسته شد با توزیع یکنواخت رنگدانه ها در جداره سلولی ماده عایق تا 50 درصد از تشعشع گرمایی از راه ماده کاسته می شود بیشینه کاهش انتقال حرارتی با ظهور نانوفوم ها میسر شد.
عایق های حرارتی آئروژل و نانوژل
متخلخل استفاده می شود چرا که هوای محبوس خود بهترین عایق صوتی و حرارتی است. ایجاد کردن حفره هایی در مقیاس نانو در ساختار مواد عایق مزایای بسیاری درپی دارد. در مواد نانومتخلخل به دلیل فضای بسیار اندک موجود برای حرکت مولکول ها همرفت حرارتی به قدری ناچیز است که قابل اغماض خواهد بود.
در چنین موادی مسافت آزاد میانگین برای مولکول های هوا بزرگ تر از ابعاد حفره هاست. از این رو اگرچه در مواد متخلخل سنتی مولکول های گاز در درون حفره ها با هم برخورد می کنند اما در مواد نانومتخلخل این مولکول ها به جای برخورد با یکدیگر بیشتر با جداره حفره برخورد دارند که منجر به رخدادحالت ایستا برای گاز می شود.
با کاهش فشار گاز درون ماده از قابلیت انتقال حرارتی ماده نیز کاسته می شود در حالت ایده آل بهترین کیفیت عایق ماده زمانی حاصل می شود که هوای درون حفره ها مکیده شده و در آن ها خلا ایجاد شود. بنابراین هر چه حفره های درونی ماده کوچک تر باشد به مکش کمتری برای ایجاد خلا برای دستیابی به کیفیت عایقی مشابه نیاز خواهد بود.
علاوه برهمرفت و انتقال با ایجاد حفره های کوچک تر تابش حرارتی نیز از این مواد رو به کاهش می گذارد. بنابراین با توجه به همه این مزایایی که استفاده از نانوساختارها برای عایق ها به ارمغان می آوردند جای شک نیست که این رویکرد نوین در تولید عایق های ساختمانی بیشتر مورد توجه قرار گرفته باشد با این هدف که بتوان حفره هایی ایجاد کرد که به شکل باورنکردنی ریز باشند سپس هوای درون آن ها را تخلیه کنند.

نانو عایق ها
به این ترتیب هم انتقال حرارتی به وسیله گاز درون ماده (همرفت) هم رسانش از ساختار ماده جامد (به علت تخلخل زیاد) و هم تابش حرارتی از آن (به علت حفره های بسیار ریز) را کاهش دهند. یکی از محصولات مناسب در زمینه عایق کاری ساختمان که موسوم به ((آئروژل)) است نه تنها قابلیت خوبی درعایق بندی حرارتی ساختمان دارد بلکه تاثیر بسزایی نیز در عایق کاری صوتی فضاها بر جای می گذارد. آئروژل ها تا به امروز رکورددار سبک ترین ماده جامد شناخته شده هستند و پیشینه تولد آن ها به سال 1931 باز می گردد.
این نوع ژل دارای دانه های کروی به رنگ شیری است که نیمه شفاف بوده و ابرمانند به نظر می رسد. هنگامی که آن را در دست نگه می داریم ژل خالص به شکلی گریزان و ناپایدار بوده و با دیگر تجربیاتمان از لمس مواد تفاوت های زیادی دارد. آئروژل ها نخستین بار برای مقاصد فضایی در آزمایشگاه های ناسا تولید شدند.
در کل از آئروژل ها به عنوان ماده پر کننده بین انواع حفره ها (بین قطعات شیشه. مقاطع شیشه ای یا پانل های چند جداره شیشه آکریلیک) استفاده می شود و از این رو از مناسب ترین مصالح برای استفاده در جداره های تشکیل دهنده کالبد بیرونی بنا هستند.
این مواد نانومتخلخل را اغلب به شیوه تولید ژل سول می سازند که محصول این روش تولید ساختار سبک فوم مانندی است که از یک شبکه سه بعدی ممتد تشکیل شده که گاز (معمولا هوا) در میان این شبکه به دام می افتد. در ابتدای راه (دهه 1930) استفاده از این ماده جدید مقرون به صرفه نبود چرا که شکننده و پر هزینه بوده و کار کردن با آن دشوار بود. بهبود روش های تولید منجر تولید آئروژل هایی شد که کم هزینه تر ساخته شده و کار پذیرتر و مناسب ترند.
بهبود عملکرد عایق پلی یورتان به کمک نانوذرات سیلیکا
پلی یورتان از جمله مهم ترین پلاستیک های عایق چند منظوره است. نموع گونه های این ماده مصنوعی از فرم های نرم و انعطاف پذیر و تخته های عایق صلب بر روی الاستومرهای ترموپلاست و مواد چسبنده تا کاربردهیی نظیر رنگ و جلاها تغییر می کند. قطعات صلب پلی یورتان به عنوان عایق حرارتی و جذاب صداهای کوبه ای کاربردهای گوناگونی در صنعت ساختمان دارد. مشخصه های حرارتی این ماده پلیمری موجب شده تا بتوان از این ماده به عنوان یکی از مناسب ترین مصالح ساختمانی در کاهش اتلاف حرارتی استفاده کرد. برای خرید محصولات نانو مقرون بصرفه و با کیفیت به سایت نانونیا مراجعه کنید.
نانو عایق ها یا مواد سد کننده عبور حرارت
کیفیت عایق بودن مواد و مصالح را همچنین می توان به کمک روش های گوناگون استفاده از نانوروکش ها که بطور مستقیم بر سطح بیرونی مواد کشیده می شوند ارتقا داد. پوشش ها و روکش های سد کننده عبور حرارت معمولا به شکل افشانه (اسپری) بر روی سطوح اعمال می شوند و این لایه نازک نقش عایق حرارتی را ایفا خواهد کرد.
پایه و اساس اغلب این روکش ها را نانومواد تایتانیا (دی اکسید تیتانیوم TiO) یا زیر کونیا (دی اکسید زیر کونیوم ZrO) تشکیل می دهند. ساختار اصلی انواع دیگری از پوشش ها که استفاده کمتری دارند را مواد سرامیکی متخلخل تشکیل می دهند. اغلب از این مواد سد کننده حرارت در محیط های با دمای بسیار بالا (مانند تیغه های توربین) استفاده می شود که بیشتر روش ها از چند لایه از این مواد استفاده می شود که البته بسیار گران بها بوده و در کاربردهایی که دماهای معمولی یا کم بر محیط حاکم باشد (مانند کاربردهای ساختمانی متداول) اقتصادی نیستند.
مواد حائل حرارت (مواد تغییر فاز دهنده)
یکی از روش های جالبی که برای کنترل جریان حرارت طی سالیان اخیر مطرح شده استفاده از نانو عایق ها یا حائل های حرارتی است که مبتنی بر ((تغییر فاز)) مستقل از دما در مواد عمل می کنند. تغییر فاز به معنای تغییر ماده از جامد به مایع به گاز یا برعکس است. در نقطه رخداد تغییر فاز پدیده های جالب توجهی مثل تغییرات اساسی در ساختار ماده اتفاق می افتد.
نکته جالب توجه در اینجاست که موادی از این قابلیت برخوردارند که انرژی گرمایی مورد نیاز برای تغییر فاز (گرمای نهان) را جذب یا آزاد کنند بدون اینکه تغییری در دما حاصل شود. به طور معمول هنگامی که ماده از فاز جامد به مایع تغییر وضعیت دهد گرما جذب می کند که برای ایجاد این تغییر فاز ماده نیاز به حجم زیادی انرژی گرمایی خارجی خواهد داشت تا این تغییر فاز از جامد به مایع در آن رخ دهد.
به طور عکس هنگامی که ماده از فاز مایع به جامد تغییر وضعیت می دهد گرمای نهان ذوب (یا انجماد) را آزاد می کند. به هر حال میزان انرژی گرمایی نهان (چه به هنگام ذوب و چه در زمان انجماد) بسیار زیاد است. بر همین اساس انگاره های گوناگونی مبتنی بر استفاده از نانوفناوری و برپایه ویژگی های تغییر فاز مواد به دنیا معرفی شده است. چنانچه فرض کنیم که این فرایند تغییر فاز بتواند برگشت پذیر باشد می توان از این مواد تغییر فاز دهنده برای پر کردن حفره های نانومقیاس و ساختار متخلخل مواد بهره برد آزمایش ها نشان داده که مواد پلیمری شانس بیشتری برای موفقیت این روش ها دارند به این معنا که ماده تغییر فاز دهنده را از نانومواد پلیمری بسازیم.
نانو عایق های صوتی
اصلی ترین دلیلی که سبب می شود نانو عایق ها یا نانو موادها نتوانند یه طور مستقیم نقش عایق صوتی را انجام دهند تفاوت زیاد بین طول موج امواج صوتی و ابعاد مواد نانو مقیاس است. طول موج صوتی دقیقا برابر با ابعاد نانومقیاس مواد نبوده و به مراتب از آن ها بزرگ ترند. این تفاوت فاحش و عدم تطابق بین طول موج و ابعاد ذراتموجب می شود تاخاصیت جذب صوت سطوح کاهش یابد.
آن گونه که می دانیم پانل های صداگیر سقف و دیوار متداول دارای سطوحی با حفره ها و خلل و فرج به نسبت بزرگ هستند که موجب می شوند امواج صوتی در درون آن ها به دام افتاده و به سبب برخوردهای مکرر به جداره حفره انرژی شان مستهلک شود. از این روست که کاربرد صرف نانومواد در ساختار بیرونی جداره ها و بدنه های ساختمانی منجر به داشتن کیفیت آکوستیکی مناسب نخواهد شد و دانشمندان به دنبال راهکارهایی برای ترکیب مواد مختلف با هدف نیل به کیفیت مطلوب جاذب صوت هستند.
آئروژل ها تاثیر کاهنده صوتی خود را به ویژه در فرکانس های پایین بر جای می گذارند (فرکانسی حدود 400 مگاهرتز) و متاسفانه در فرکانس های بالا خیلی کار آمد نشان نداده اند.
مواد ضد آب کننده
آب بند و ضد آب کردن مواد و مصالح ساختمانی از مشکلاتی است که بشر از 100 سال پیش با آن مواجه بوده است. دلیل اصلی این مشکل و اینکه انسان نتوانسته به طور تمام و کمال به این هدف نایل شود ضعف در شناخت مواد و مصالح در مقیاس های ریز مانند مقیاس نانو است.
از دیر باز معلوم شده بود که مواد به دلیل تخلخل ذاتی و ترک های ریزی که در ساختار خود دارند مستعد جذب و نفوذ آب هستند. غیر قابل نفوذ کردن مواد در برابر نشت آب تدبیری است که مانع از نفوذ آب و آثار تبعی منفی آن برکیفیت و دوام مصالح می شود. مهم ترین هدف از ضد آب کردن مواد حفظ زیبایی ظاهری مصالح است. نفوذ آب در مواد و مصالح ساختمانی به منزله بیرون پریدگی بافت ظاهری آبله رو شدن سطح مواد نمو قارچ ها. کپک ها و انگل ها و شوره زدگی سطح نمای مصالح است.

نانو عایق ها
فیلم های سد کننده رطوبت
محصولاتی نظیر رنگ های آکریلیک و پلیمرهای سیلیکونی به دلیل ارزانی و سهولت استفاده در ساخت فیلم های سد رطوبت رواج زیادی دارند. این فیلم ها(لایه های نازک) دارای ذراتی به ابعاد بزرگ تر از 100 نانومتر هستند که این ابعاد بزرگ مانع نفوذ آن ها به درون حفره های موجود در مصالح می شود (در این باره در فصل هشتم توضیح داده شد).
به این ترتیب فیلم یاد شده به صورت یک لایه محافظ بر بر روی ماده کشیده شده و مانع از نفوذ رطوبت به درون آن می شود. این فیلم ها در حالت کلی دارای خواص آب گریزی هستند اما باید از مقاومت کافی در برابر پرتوهای فرابنفش برخوردار بوده همچنین باید مراقب بود تا آسیب دیدگی و سوراخ شدگی در آن ها رخ ندهد تجربه نشان داده که استفاده از این گونه فیلم ها بر روی سطح ناهموار و خشن جواب نمی دهد و ناهمواری سطح موجب می شود تا فیلم خوبی به صورت یک دسته به سطح نچسبند. همه انواع این فیلم های پلیمری در معرض تابش نور فرابنفش تجزیه شده و پس از سپری شدن زمانی ببین دو تا پنج سال خاصیت خود را از دست داده و ترک می خورند.
نفوذ کننده های آب بند
بسیاری از این نوع مواد مواد پایه حلالی هستند موادی متشکل از مونومرهای حل شونده با ابعادی کمتر از 6 نانومتر این مواد آب بند به آسانی در حفره های موجود در مصالح و انشعاب های پیوسته به آن ها نفوذ می کنند. خود این مواد به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شوند.
نفوذ کننده های آب بند غیر فعال اغلب شامل روغن ها و دیگر انواع مواد آب گریز کندروان می شوند که حفره های مواد را پوشش داده و سبب پس زدن شدن آب می شوند. بیشتر این مواد تجزیه پذیر بوده و ممکن است ظرف کمتر از یک سال ویژگی های خود را از دست بدهند. علاوه بر آن این مواد به علت دارا بودن ساختار آۀی خود می توانند خوراک لازم برای رشد و پرورش قارچ ها و کپک ها را فراهم کنند.
نانو پوشش های آبگریز سد رطوبتی محصول نانو و دوست محیط زیست
نسل جدید مواد سد رطوبت که بر پایه اصول فناوری نانو ابداع شده اند در بردارنده سه ویژگی مطلوب مورد نیاز هستند. این مواد سد کننده رطوبت که ((نانو پوشش های آبگریز)) نام گرفته اند در مرحله اول آب گریزی مورد نیاز را در سطح مولکولی (حتی برای غیر آلی) فراهم می کنند. این محصول جدید بر پایه شیمی سیلیکون آلی شکل گرفته و از این رو می تواند به سطوح غیر آلی نیز چسبیده و عمر مفیدی بین 20 تا 30 سال داشته باشد.
دوم اینکه نانو عایق ها بر طبیعت و محیط زیست اثر مخرب ندارد چرا که حلال آن آب (پایه آبی) بوده و به ازای هر متر مربع استفاده از این گونه مواد بازدهی بیش از 80 درصد نسبت به نمونه های مشابه قدیمی تر (در زبندهای پایه حلالی) حاصل می شود.
نانوپوشش های آب گریز شامل نانو ذراتی به ابعاد 4 تا 6 نانومتر هستند که در آب حل شده و به شکلی عمیق (3 تا 5 میلی متر)در حفره ها و خلل و فرج مصالح نفوذ می کنند. در حقیقت نانوپوشش های آب گریز به بخشی از ماده مورد استفاده در ساختمان تبدیل شده و از آن تفکیک ناپذیر می شود. در واقع بخشی از ماده می شود که برای آن ویژگی دفع آبی (آب گریزی) قوی فراهم می کند. ویژگی های جالب توجه این سد کننده رطوبت جدید به شرح زیر است:
آزمایش های استاندارد ای.اس.تی.ام نشان داده که عمر مفید قابل انتظار از این آب بندها بین 20 تا 30 سال است.
این مواد با نسبت 1 به 10 و با آب لوله کشی معمولی ساختمان رقیق می شوند و حجم بسیار اندکی از ذرات آلی را به هوا پخش کرده از این رو دوست محیط زیست هستند.
اعمال آن بر روی سطوح بسیار ساده و آسان است و می توان به وسیله افشانه قلم مو یا غلطک بر روی سطوح مورد نظر اعمال شود.
غیر آتش زاست
به منظور آزمایش نانوپوشش های آب گریز دو بلوک سیمان یکسان یکی بدون ماده آب بند و دیگری با آب بند نانو پوشش های را تحت آزمایش قرار دادند. پس گذشت 20 دقیقه از آغاز آزمایش حدود 20 میلی لیتر از حجم مایع ظرف واقع بر روی بلوک معمولی کم شد (جذب بلوک شد) در حالی که پس از گذشت 24 ساعت حجم مایع ظرف قرار گرفته بر روی بلوک آغشته به نانوپوشش های هیچ تغییری نکرد. آزمایش های مشابه بر روی آجر بتن ورقه های سیمانی گچ و سنگ نشان داده که نرخ جذب مایعات توسط این مصالح تا بیش از 90 درصد کاهش یافت.
پس از اعمال نانوپوشش های آب گریز بر روی مصالح مختلف آن ها را به مدت 48 ساعت در آب غوطه ور کرده و میزان جذب آب آن ها را اندازه گرفتند. میزان جذب آجر بیش از 98 درصد و بتن گچ سیمان و ماسه سنگ بیش از 99 درصد کاهش جذب آب از خود نشان دادند. گفتنی است که دوام و پایان نانوپوشش های و عملکرد آن نیز بسیار عالی است. آزمایش های هوازدگی ای.اس.تی.ام که شامل گرمایش (به وسیله امواج فرابنفش) وسرمایش ناگهان ماده به طور متناوب است نشان داد که نانوپوشش های آب گریز پس از 80 چرخه تکرار این فرایند بیش از 98 درصد خاصیت آب گریزی خود را حفظ می کند.