הבנה של ננוטכנולוגיה בבנייה

ננוטכנולוגיה מעצבת מחדש את תעשיית הבנייה על ידי מתן שליטה מדויקת על תכונות חומריות ברמה האטומית והמולקולארית.למרות שהמושג קיים כבר עשרות שנים, יישומים מעשיים בייצור חומרי בנייה מאיצה באופן משמעותי בשנים האחרונות.על ידי מניפולציה של חומר בקנה מידה של 1 עד 100 ננומטרים, מהנדסים יכולים ליצור תרכובות, ציפויים, ותוספים המציגים כוח משופר באופן דרמטי, עמידות, אנרגיה, יעילות, ואפילו יכולות של טכנולוגיות, לחקור את היתרונות של פיתוח, שיפור משמעותי של תכונות של חומר, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור משמעותי של תכונות של תכונות של פיתוח, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור משמעותי של תכונות של תכונות של חומר אמיתי, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל של תכונות של תכונות של טכנולוגיות, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל של תכונות של תכונות של תכונות של תכונות של תכונות של תכונות של תכונות של טכנולוגיות אמיתיות של טכנולוגיות, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל, שיפור יעיל

סולם החדשנות

ננומטר הוא אחד מיליארדים של מטר - גדל פי 100,000 מאשר רוחב של שיער אנושי. בקנה מידה זה, אפקטים קוונטיים ויחסי שטח-שטח-שטח-שטח-שטח הופכים דומיננטיים, מה שגורם לחומרים להתנהג אחרת מאשר בצורה גדולה. לדוגמה, חלקיקים זהב מופיעים אדום או סגול מאשר צהוב, פחמן וננו-tubes להראות עשרות כוח רב-עוצמה של פעמים גדולות יותר מאשר בצורות שונות של פחמן- 1F ייחודי, כלומר, כלומר, ניתן להתגבר על פני השטח של חומר ייחודי, כמו 1- 1- 1- 10 תכונות ייחודיות, כמו:

תכונות ייחודיות ב-Nanoscale

כאשר גודל חלקיקים מתכווץ לנונודור, היחס של אטומים משטח לאטומים פנימיים עולה באופן דרמטי.שטח זה משטח גבוה הופך חלקיקים reactively ומסוגל להתחבר ביעילות יותר עם מסובבים הסובבים.בנוסף, פגמים מבניים להיות מוגבלים כי החומר הוא כמעט יחיד-קריסטל בתחומים של ממדים ננומטר.

מפתח ננו-חומרים משנים את הבנייה

סוגים מסוימים של ננו-חומרים כבר הוכיחו יתרונות משמעותיים ביישומים בנייה.הם משמשים כתוספים, ציפויים, או רכיבים מבניים בחומרי בנייה שונים.

ננו-סיליקה

ננו-סיליקה (silicon דו חלקיקים) היא אחד nanomaterials הנפוצים ביותר במערכות בטון ומלטיקט.חלקיקיה בדרך כלל נע בין 5 ל 100 ננומטרים. כאשר מוסיפים לתערובת קונקרטית, ננו-סיליקה מגיב עם סידן hydroxide - תוצר של hydration - כדי ליצור תוספת של סידן-S-H) שיפור כוחן- 25%, אפילו דחיסה כוח-הלחץ של לחץ כימי, 000-החזקה- 2.

פחמן ננופס

צינורות פחמן (CNTs) הם מולקולות צילינליות של פחמן עם קוטרים של בערך 1-50 ננומטרים ואורך עד כמה מ"מ.הם יש תכונות מכניות, חשמל, תרמיות יוצא דופן.בבניה, CNTs נחקרים כחיזוקים עבור מחסומי מלט, פולימרים ומתכות. כאשר הם מייצרים כראוי רשת שיכולה למנוע סדקים בתנודות, nanoscale, מוביל לכדי פיזור משמעותי או יעיל של חומרים מגנטיים, יכול להמשיך לפעול באופן יעיל.

טיטניום די תחמוצת

טיטניום דו-חמצני (TiO2) חלקיקים ידועים ביותר עבור התכונות photocatalytic שלהם.כאשר נחשפים לאור אולטרה סגול, TiO2 מייצרת מינים חמצן תגובתי שיכול לשבור את המזונאים האורגניים, חיידקים, ותרכובות אורגניות תנודתיות.בבניה, ציפוי TiO2 מוחל על ידי בטון, זכוכית וצבעים חיצוניים כדי ליצור משטחים מנקה עצמית כי להישאר חופשי של לכלוך, חנקן, כמו גם חנקן, ו-ידי קבוצות אוויריות גדולות.

ננו-Clays

ננו-clays הם מינרלים טבעיים, כגון מונטמורלייט, exfoliated לתוך כריות רק 1 ננומטר עבה. הם משמשים לעתים קרובות כמו תוספים כדי לשפר את תכונות המחסום והתנגדות אש של פולימרים. בבנייה, ננו-clays משולבים בציפויים, חותמות, קצף, וחומרים בידוד שלהם יוצר דרכים נוקשות עבור גז ומולקולות נוזליות, שיפור לחות מתרוקנות.

מכניזם של שיפור

הבנת כיצד ננו-חומרים משפרים את חומרי הבנייה מחייבת לבחון את המנגנונים הפיזיים והכימיקליים בעבודה.

חיזוק ויציבות

חלקיקים כגון nano-silica, צינורות פחמן, וננו-אלמינה מספקים מנגנונים מרובים חיזוקים.הם פועלים כמו אתרי טיהור עבור מוצרי hydration, יצירת מיקרו-מבנה צפוף יותר עם פחות pores capillary pores. הם גם ממלאים מנגנונים מרובים כי אחרת יאפשרו מים וצלחות אגרסיביים לחדור, צמצום הפערים של כלור ו- ulfatesulfsulfs.

ניקוי עצמי ו Photocatalysis

(צילום: phocatalytic nanomaterials כמו טיטניום דו תחמוצת ו תחמוצת אבץ משתמשים אור כדי ליזום תגובות כימיות המפרקות חומר אורגני.כאשר מוחל כציפוי דק על פני השטח החיצוני, חומרים אלה שוברים אבקות אוויריות ולכלוך באמצעות חמצון.המוצרים התגובה נשטף על ידי מים גשם, שמירה על פני השטח ללא הרתעה או נפיחות ידנית.

בידוד אקוסטי ומסתורי

ננו חומריקה משפרת באופן משמעותי את בידוד התרמית על ידי יצירת מבנים ננו- ⁇ שלוכדים מולקולות אוויר ומגבילים את התנהגות החום. Aerogels - המורכב מ-99.8% אוויר עם רשת סיליקה - הם בין החומרים היעילים ביותר אי פעם התפתחו, השגת התנהגויות תרמיות כמו 0.015 W/mK. כאשר משולב לתוך חלונות, קירות, או מערכות גג, ננוגל בוהק וכדורים בקלטים, יכולים לשפר באופן דרמטי יותר אנרגיה.

אש מחדש

חלקיקים כגון nano-clays, צינורות פחמן, ו הידרוקסידים שכבתיים יכולים לתת התנגדות אש פולימרים וציפויים.הם יוצרים שכבת כריז הגנה המפחיתה את העברת החום, עיכובים חריפות, ודכאת ייצור עשן.בבניה, צינורות ננו-מורדים על מבנים פלדה יכולים לשמור על יכולת עמידה יותר עבור אש, תוך שיפור כגון: LTFVicial, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, קיבולת של LT-F1, 000-F.

יישומים על פני חומרי בנייה

ננוטכנולוגיה משולבת במגוון רחב של חומרי בניין, כל אחד נהנה מהשיפורים המבוססים על ננו ספציפי.

מקררים ו-Cement

Concrete הוא חומר הבנייה הנפוץ ביותר בעולם, וננו-מודולציה מציעה את הפוטנציאל הגדול ביותר להשפעה.הוספת nano-silica, צינורות פחמן, או nano-alumina משפר כוח דחוס וגמישות, מפחית את יכולת המידות, ומשפר את ההתנגדות לקפוא מחזורים דחיסה והתקפות כימיות.

פלדה ומתכת

ננוטכנולוגיה משמשת לשיפור התכונות המכאניות וההתנגדות של פלדה מבנית.שליטה nano-precipitation של carbides ו nitrides במהלך טיפול חום מגבירה את כוח התשואות ואת הקשידות ללא הקרבה של דיקטטורות. nano-coatings מבוסס על קרמיקה או גרפן לספק הגנה מפני לחות, כלורידים, וקרינת UV.

זכוכית וגלאזינג

ננוטכנולוגיה מהפכה זכוכית ארכיטקטונית.נמוך (Low-E) ציפויים מורכבים משכבות דקות של פחמן ופחמי מתכת (בדרך כלל 10-100 nm עבה) משקפים קרינה אינפרא אדום תוך שידור אור גלוי, שיפור בידוד תרמי על ידי עד 40%. .הזכוכית עצמית משתמשת ציפויים TiO2 כי הופך הידרופילי תחת אור UV, גורם למים כדי להסיר את המשטח האלקטרו-חמצני ולהוביל לחום קטן של מתח דינמית, ללא חמצן כהה.

מעילים וצבעים

ציפויים ננו-נצפויים הם בין ההצלחות המסחריות הראשונות של ננוטכנולוגיה בבנייה. ציפויים אנטי-גראפיים המשלבים חלקיקים ננו-קליים או פלואורין מייצרים משטחים הדוחים צבע ו דיו, המאפשרים ניקוי קל עם מים.אנטי מיקרוביאלי מכיל היגיינה או חלקיקים נחושת המעכבים את צמיחת התבנית, חיידקים, וירוסים, על קירות ותקרה.

חומרים אינסטלציה

שמיכות ופאנלים מבוססי Aerogel זמינים כעת עבור יישומים למגורים ומסחריים. Light Weight ויעילים מאוד, הם יכולים להפחית עובי בידוד בחצי תוך עמידה באותו ביצועים תרמיים.שלב חומרים (PCMs) המכוסים בנו-שייט סופגים ושחרור חום מאוחר במהלך מעברי שלב, ייצוב טמפרטורות מקורה וצמצום העומסים של שלב / קירור אלה הם להשגת קודים אנרגיה קריטיים.

יתרונות אפשריים

אימוץ ננוטכנולוגיה בבנייה מניב שיפורים משמעותיים על פני אינדיקטורים מרובים של ביצועים.

שירות מורחב חיים

מבנים בטון ננומודוליים הוכיחו את הסיומת של 50 עד 100 שנים בסביבות אגרסיביות כגון חשיפה ימית או דה-לכת מלח.מיקרו-מבנה הדחוס והפחתת הכדאיות להאט את התוקפנות של כלורידים ופחמן דו-חמצני, שהם הגורמים העיקריים של שיקום פלדה. לדוגמה, גשר באמצעות בטון ננו-סיליקה עשוי לדרוש את התיקון העיקרי רק לאחר 75 שנים של מחזור חיים ארוך.

תחזוקה מופחתת

משטחים של ניקוי עצמי ואנטי-גרפיטי חותכים את תדירות התחזוקה ועלויות באופן דרמטי.חזית בנייה טיפוסית לנקות פעם בשנה עם נפיחות וניקוי כימיקלים עשויים לדרוש רק מדי פעם גשם rinsing כאשר הוא מצויד photocatalytic TiO2. בדומה, צבע אנטי מיקרוביאלי במתקני בריאות להפחית את הצורך תכופה וחיטוי מחקרים.

חיסכון באנרגיה

בידוד תרמי משופר המסופק על ידי aerogels, nanogel חלונות, וננו-קוד נמוך-E זכוכית יכול להפחית את צריכת האנרגיה חימום קירור על ידי 30-50% בבניין מתוכנן היטב.עבור מבנים מסחריים גדולים, זה מתורגם לעשרות אלפי דולרים בשנה חיסכון תועלת. יתר על כן, חומרים של שינוי שלב עם ננו-capsulation יכול לשנות את הפסגות לשעות נוספות, צמצום חשמל נוספות.

חוסר יכולת

ננוטכנולוגיה תורמת לקיימות במספר דרכים.על ידי הרחבת תוחלת החיים של מבנים וחומרים, היא מפחיתה את ייצור חומרי הגלם ואת ייצור הפסולת המשויך להחלפה תכופה.שימוש ב- nano-additives יכול להחליף חלקית מלט (הייצור של חשבונות עבור כמעט 8% מפליטת הפחמן CO2 הגלובלי) ללא התאמה אישית של ביצועים, ניקוי עצמי וניקוי אווירי מופחת את הצורך עבור סוכנים רעילים ולהפחית את איכות החיים.

אתגרים: אימוץ נרחב

למרות הפוטנציאל העצום שלה, ננוטכנולוגיה מתמודדת עם כמה מכשולים אשר מאטים את השילוב שלה בבנייה הזרם המרכזי.

ייצור ועלויות

ייצור חלקיקים באיכות גבוהה בקנה מידה נשאר יקר. פחמן ננוtubes, למשל, עלות $ 50-500 $ לגרם בהתאם טוהר וסוג, מה שהופך אותם יקר ללא הגבלה לשימוש רב מאוד בטון. בעוד ננו-סיליקה הוא יותר סביר, המחיר שלה הוא עדיין כמה פעמים גבוה יותר מאשר של מלט רגיל.

בריאות וסיכון סביבתי

התעצמות פני השטח הגבוהות וגודל קטן של חלקיקים מעוררים חששות לגבי שאיפת וקליטת עור במהלך הייצור, הטיפול וההריסה.חלק מהנו-חלקיקים, כגון ננו-רשתות פחמן מסוימות, הוכחו כגורמים לדלקת ולפיברוזיס בריאה של בעלי חיים כאשר הם שואפים בריכוזים גבוהים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

תעשיית הבנייה היא באופן מסורתי איטי לאמץ חומרים חדשים בשל בניית קודים ותקנות בטיחות הדורשות בדיקות נרחבות וההסמכה.ננו חומריים נופלים לעתים קרובות לתוך פער רגולטורי כי הם אינם מתאימים באופן מסודר לקטגוריות קיימות עבור תוספים, ציפויים או רכיבים מבניים.מדינות רבות חסרות תוויות ספציפיות או ביצועים עבור מוצרי בניין ננו-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-en-inable זה הופך מהנדסים וקבלנים שהוא מסוגל לציין חומרים חדשים, במיוחד עבור חומרים חדשים, במיוחד עבור חומרים חיוניים, במיוחד עבור יישומים חיוניים, כגון תקני אבטחה ו-ISO / 229-co-co-co-co-rexitexitated.

קווי עתיד וגבולות מחקר

העשור הבא כנראה יראה ננוטכנולוגיה הופכת לחלק בלתי נפרד מהעיצוב החומרי של הבנייה, המונע על ידי מגמות לעבר תשתיות חכמות, ברות קיימא, וגמישות.

ננו-חומרים חכמים

חוקרים מפתחים ננו-חומרים שיכולים להגיב לגירויים סביבתיים.לדוגמה, סגסוגת בצורת-זיכרון עם גרגרי ננוקללין יכול להתאושש מעיוות כאשר מחומם, המאפשרים התחדשות עצמית של מבנים. Piezoelectric nanoparticles המייצר חשמל כאשר נתון ללחץ מכני יכול להיות מוטבע בסלולים או גשר כדי לקצור אנרגיה מנחישות וכוח חיישנים אלה.

שילוב עם IoT

שילוב ננוטכנולוגיה עם האינטרנט של דברים (IoT) מאפשר ניטור בריאות מבני בזמן אמת ברזולוציה חסרת תקדים. חיישנים מבוססי פחמן-nanotube יכולים לזהות זן, טמפרטורה ולחות באלפי נקודות בתוך קרן קונקרטית. נתונים מן החיישנים האלה יכולים להיות מועברים אלחוטית לפלטפורמת ענן שבה אלגוריתמי למידת מכונה להעריך נזק וחיזוי חיי שירות אחרים יכול להפחית את הצורך לבדיקה ידנית ומאפשרים תחזוקה אקטיבית אשר מרחיבה את תוחלת החיים.

Bio-Inspired Nanoטכנולוגיה

הטבע מציע השראה לחומרי בנייה חדשים.לדוגמה, nacre (אמא של פנינה) חייב את הקשודות שלה למבנה לבנים-ומר-הזיכרון של כריות אראגונייט ו biopolymer, אשר מדענים משכפלים באמצעות ננו-קליקים ופולימרים כדי ליצור התאמות חזקות, מסובייקטיביות עצמית המחקה תהליכים ריפוי ביולוגיים על ידי שחרור חיידקים כי precipitate סידן כבר יכול להיות יותר ויותר טכנאים, אבל גם כן, אך לא יכול להיות חזק יותר, אלא גם חומרים עמידים יותר, אלא גם כן, רק חומרים עמידים יותר, רק חומרים עמידים יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, כי הם רק חומרים עמידים יותר, כי הם יותר, כמו חומרים עמידים.

מסקנה

ננוטכנולוגיה משנה ביסודה את המעטפה של חומרי הבנייה.ממנו בטון מובנה שנמשך פעמיים כל עוד זכוכית מנקה עצמית המפחיתה את איכות האוויר ומשפרת את איכות האוויר, היתרונות הם מוחשיים וצומחים, בעוד אתגרים הקשורים בעלות, בטיחות, ותקנה נשארים, מחקר מתמשך ושיתוף פעולה בתעשייה הם במהירות להתגבר על המכשולים האלה.כפי שהמדע של הקטן ממשיך להתבגר, ההשפעה שלו על הסביבה הבנויה תהפוך להיות יותר ויותר חזקה, מאפשרת לדורות ירוקים יותר, חזקים יותר, חזקים יותר, והופכים לתשתית ירוקה יותר, וחדשה יותר, וחדשה, וחדשה, יותר, וחדשה, יותר ויותר, וחדשה, כך, כך, כך, כמו מדע של תשתיות ירוקות יותר, יותר ויותר, יותר, יותר, יותר, יותר ויותר, יותר, יותר, יותר, וחדשה, וחדשה, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, יותר ויותר, כמו המדע של קבוצות ירוקות, כך, כך, כך, כך, כך שהולכת ומתעצמתית, כך שהולכת ומתעצמתית, כמו מדע של כמה שיותר מהר יותר ויותר, כך שהולכת ומתעצמתיים, כך שהולכת ומתעצמתית, כך