دانلود تحقیق در مورد کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن وساختمانموارد غیرخطی در انحنا و اینرسی فایل ورد (word) دارای 10 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد دانلود تحقیق در مورد کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن وساختمانموارد غیرخطی در انحنا و اینرسی فایل ورد (word) کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی دانلود تحقیق در مورد کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن وساختمانموارد غیرخطی در انحنا و اینرسی فایل ورد (word) ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن دانلود تحقیق در مورد کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن وساختمانموارد غیرخطی در انحنا و اینرسی فایل ورد (word) :
کاربردهای فناوری نانودر صنعت بتن وساختمان
پیشرفت های اخیر در زمینه مواد و فرآیندها، همچنین دست کاری آنها در مقیاس نانو چشم اندازی از تولید مواد در اندازه ماکرو و محصولات جدید را پیش روی ما قرار داده است و فناوری نانو تاکنون به حوزه برخی مواد ساختمانی و معدنی از جمله بتن،فولاد و; وارد شده است و به همین دلیل صنایع بتنی و فولادی به نوبه خود یکی ازذینفعان فناوری نانو به شمار می رود.
برای نمونه از برخی دستاوردهایی که تا کنون کسب شده اند، می توان به بتن تقویت شده با استفاده از فناوری نانو که قوی تر و بادوام تر از بتن های معمولی بوده و آسان تر هم جایگذاری می شود اشاره نمود. پیش بینی محققان حاکی از این است که در خلال پنج سال آینده پیشرفت های بسیاری در این زمینه پدیدار خواهد شد و فناوری نانو، دستیابی به پیشرفت های فوق العاده ای را فراسوی فناوری معمولی،امکان پذیر خواهد نمود.
فناوری نانو و بتن
در سطح علوم پایه به منظور درک ساختمان بتن، تجزیه و تحلیل های بسیاری در مقیاس نانو در حال انجام است که برای این منظور از فناوری هائی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی پیمایشی((SEM و پرتو یونی متمرکز ((FIB، که برای مطالعه در مقیاس نانو توسعه یافته اند، استفاده می شود.
یکی از جنبه های اساسی فناوری نانو طبیعت میان رشته ای آن است که به عنوان نمونه در یک تعامل تحقیقاتی میان شاخه های مهندسی پزشکی و ساخت و ساز، از مدل سازی مکانیکی استخوان به منظور مطالعه نحوه نفوذ و انتشار کلر در بتن (که عامل هواخوردگی میلگردها است) استفاده شده است.
مروری بر جنبه های فنی کاربرد نانومواد در بتن:
افزودن نانو ذرات هماتیت (Fe2o3) به بتن علاوه بر افزایش استحکام بتن، پایش سطوح تنش را نیز امکان پذیر می سازد.
نانو لوله های چند جداره موجب افزایش مقاومت فشاری ( 25 + نیوتن بر متر مربع) و مقاومت خمشی ( 8+ نیوتن بر متر مربع ) بتن می شوند.
به منظور افزایش استحکام بتن، می توان از باکتری ها استفاده نمود، به طوری که افزودن میکرو ارگانیزم های بی هوازی به مخلوط آب و بتن، موجب افزایش 25 در صدی مقاومت 28 روزه بتن می شوند، همچنین رسوب دهی ملات سیمان ماسه ای منجر به رشد ماده پر کننده (فیلر) در داخل خلل و فرج سیمان(نوعی از بتن خود تعمیر کن self repairing) می شود.
استفاده از نانو ذرات در مواد چسباننده مختلف موجب بهبود ویژگی های مربوط به خرابی بتن می شود.
هم اکنون سیلیس((Sio2 جزئی از بتن معمولی است. یکی از نتایج مطالعه بتن در مقیاس نانو این است که با استفاده از نانو ذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات در بتن را افزایش داد که این به افزایش چگالی میکرو و نانو ساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه بهبود ویژگی های مکانیکی آن می انجامد.
افزودن نانو ذرات سیلیس به مواد مبتنی بر سیمان هم موجب کنترل تجزیه ناشی از واکنش بنیادی C-S-H (کلسیم- سیلیکات- هیدرات)، که در اثر نشت((leaching کلسیم در آب رخ می دهد، و نیز جلوگیری از نفوذ آب به درون بتن می شود که هر دوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهد.
متناسب با میزان افزایش تراکم ذرات، آسیا کردن کلینکر سیمان پرتلند معمولی(OPC) به همراه ماسه استاندارد، منجر به تولید ذرات ریز تری در مقایسه با ذرات حاصل از آسیا نمودن سیمان پرتلند معمولی به تنهایی می شود، و نکته مهم اینکه با افزایش میزان ریزی و در نتیجه تراکم ذرات، مقاومت فشاری بتن تا حد سه تا شش برابر افزایش می یابد.
خاکستر فرار یکی دیگر از مواد مورد استفاده در ساخت بتن است؛ استفاده از این ماده علاوه بر افزایش دوام و استحکام بتن، میزان مصرف سیمان را نیز کاهش می دهد؛ ولی افزودن خاکستر فرار به بتن موجب کند شدن فرآیند عمل آوری بتن و کمتر شدن مقاومت کوتاه مدت آن در مقایسه با بتن معمولی می شود. در صورت افزودن نانو ذرات سیلیس به بتن ساخته شده با خاکستر فرار، با وجود اینکه قسمتی از سیمان مصرفی با سیلیس جایگزین می شود، چگالی و استحکام بتن و مخصوصاَ مقاومت کوتاه مدت بتن افزایش چشمگیری می یابد.
همچنین تحقیق در مورد اضافه نمودن نانو ذرات اکسید آهن یا هماتیت (Fe2o3) به بتن نشان داده است که این ذرات علاوه بر افزایش مقاومت بتن ،پایش سطوح تنش( خستگی) بتن را از طریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی ( مقطعی) امکان پذیر می سازد.
نوعی دیگر از نانو ذرات افزودنی به بتن در جهت بهبود ویژگی های آن، دی اکسید تیتانیوم(Tio2) است؛ Tio2 یک رنگدانه سفید است که می توان آن را به عنوان یک روکش بازتاب کننده مطلوب استفاده نمود.
Tio2 از طریق واکنش های فوتو کاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی، ترکیبات آلی فرار ((VOC و غشاهای باکتریایی است و به همین دلیل برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها و شیشه ها اضافه می گردد.
چنانچه از Tio2 در سطوح بیرونی سازه ها استفاده شود، قادر است غلظت آلاینده های موجود در هوا را کاهش دهد. Tio2 ماده ای آب دوست است و با اضافه شدن به سطحی، موجب ایجاد خاصیت خود تمیز کنندگی در سطح می گردد.
بتن تولید شده با این ذرات هم اکنون در پروژه هایی در سر تا سر دنیا در حال استفاده است، این بتن دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است که سفیدی و درخشندگی خود را به طور موثری حفظ می کند، این در حالی است که سازه های ساخته شده با بتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
نانو لوله های کربنی((CNT از جمله نانو ذرات دیگری با ویژگی های قابل توجهی هستند که تحقیقات برای بررسی مزایای حاصل از اضافه نمودن آنها به بتن در حال انجام است. در صورت افزودن مقادیر کوچکی (در حدود یک در صد وزنی) از نانو لوله های کربنی به نمونه های متشکل از آب و بخش عمده ای سیمان پرتلند، خواص مکانیکی نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد.
نانو لوله های تک جداره(MWNT) اکسید شده بالاترین میزان افزایش را هم در مقاومت فشاری (25+ نیوتن بر متر مربع) و هم در مقاومت خمشی( 8+ نیوتن بر متر مربع) نمونه ها نشان دادند.به طور تئوری اثبات شده است که وجود مقدار زیادی نقایص ساختاری بر روی سطح نانو لوله های چند جداره اکسید شده می تواند به ایجاد اتصال بهتر میان نانو ساختارها و ملات بینجامد؛ لذا می توان نتیجه گرفت که ازطریق ایجاد نقایصی بر روی سطح میلگردهای تقویت کننده بتن، خواص مکانیکی کامپوزیت بهبود می یابد.
در مورد افزودن نانو لوله ها به هر ماده ای دو مشکل عمده وجود دارد: یکی ایجاد اتصال میان نانو لوله ها با همدیگر و دیگری فقدان چسبندگی مناسب میان نانو لوله و شبکه ماده توده، که از دلایل این مشکل، بر هم کنش های میان صفحات گرافیتی نانو لوله هاست. این خاصیت، آنها را به سمت جمع شدن کنار یکدیگر به صورت دسته ها یا طناب هایی سوق می دهد و گاهی اوقات امکان دارد این طناب ها به یکدیگر گیر کرده باشند.
برای دستیابی به پراکندگی یکنواخت نانو لوله ها درون شبکه ماده توده، باید نانو لوله ها را از یکدیگر جدا نمود، علاوه بر این به دلیل طبیعت گرافیتی نانو لوله ها و وجود خاصیت لغزندگی در آنها،امکان ایجاد چسبندگی مناسب میان نانو لوله و شبکه وجود ندارد.
در صورت استفاده از صمغ عربی به منظور از پیش پراکنده سازی نانو لوله ها، مخصوصاَ در صورت کاربرد نانو لوله های تک جداره ((SWNT، ویژگی های مکانیکی بتن به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. برای تعیین مقادیر بهینه نانو لوله های مورد مصرف و نیز شاخص های مؤثر در پراکنده سازی نانو لوله ها در مخلوط، به تحقیقات بیشتری نیاز است.
هزینه بالای افزودن نانولوله های کربنی به بتن،توجه به مزایای آن را تحت الشعاع قرار داده است؛ لذا فعالیت هایی در جهت کاهش قیمت نانو لوله ها در حال انجام است که در این صورت مزایای حاصل از افزودن آنها به مواد سیمان بیشتر مورد توجه قرار خواهد گرفت.
روکش ها، زمینه مطالعاتی دیگری هستند و تحقیق فعالانه ای در مورد روکش های محافظ محتوی نانو ذرات برای حفاظت سطحی از بتن در حال انجام است. کاربرد ویژه این روکش ها در حفاظت در برابر شوره گذاری است. هم اکنون مطالعات به سمت کاربرد برخی از انواع نانو ذرات در چسب های (ملات های binder) مختلف و نحوه تاثیر آنها بر روی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن، مانند ممانعت از انتقال یون های کلر، مقاومت در برابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب و عمق نفوذ، هدایت می شوند. تا کنون نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی با وزن مولکولی پایین و نانو ذرات رس (nano-clay )، نتایج امید وار کننده ای را نشان داده است.
تحقیقات کنونی نشان داده اند که حسگر های مبتنی بر فناوری نانو می توانند کاربردهای زیادی در سازه های بتنی، به منظور کنترل کیفیت و پایش دوام بتن داشته باشند. به طوری که این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی؛از جمله 1)اندازه گیری چگالی بتن؛
2) نظارت بر فرآیند عمل آوری بتن و اندازه گیری میزان افت(انقباض) بتن؛
3) اندازه گیری پارامتر های کلیدی معین و اثر گذار بر دوام بتن مانند دما،رطوبت،غلظت کلر،PH، دی اکسید کربن،میزان خستگی(تنش)، خوردگی میلگردها وارتعاش( ویبراسیون)، طراحی شوند.
با توجه به مزیت های کاربرد نانو مواد دربتن می توان در صنایع مختلف معدنی استفاده نمود که عبارتند از :
لاینینگ دیواره های تونل ها به علت داشتن استحکام بالا و مقاومت فشاری وخمشی و تراکم و;
در تونل های راه به دلیل خاصیت باز تابندگی می توان از این نوع بتن ها در دیواره ها استفاده نمود که فضای روشنی را فراهم می سازدو باعث کاربرد لامپهای کمتر می شود.
بدلیل مقاومت در برابر نفوذ اب دیگر نیاز به نوارهای واتر استاب که از نفوذ اب به بتن جلوگیری می کنددر دیواره ها نیست.
به علاوه این بتن ها به دلیل دارا بودن ترکیبات مناسب چسبندگی مناسب با شبکه های فولادی(مش) ارجحیت استفاده نسبت به بتن های معمولی را دارند.
همچنین به دلیل تراکم و مقاومت در برابر سطوح تنش استفاده از این نوع بتن ها به عنوان دوغاب و خمیر پر کننده چال هایی که در ان راک بولت (میل مهار)نصب شده است توصیه می شود.
مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زیر 100nm باشد تعریف شده اند، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیم‌بندی عمومی، محصولات نانومواد را می توان به صورت‌های زیر بیان کرد:
فیلم‌های نانو لایه (Nano Layer Thin Films) ) برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی، نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی و نانو ذرات به عنوان پیش سازنده(precursor ) یا اصلاح ساز(Modifier ) پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی. منظور از یک ساختار (Nanostructured Solid ) یا واضح تر یک بدنه نانوساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.
خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرم‌های متعددی که وجود دارند از جمله ذرات، الیاف، گلوله و;)در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی‌ای اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو میباشد.
هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا می باشد، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به مواد معمولی میباشد به گونه‌ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.
1- مواد نانو کامپوزیت
مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سال‌های 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.
هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه میباشد. در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد، زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد. از جمله میتوان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا الیاف تجاری نانو آلومینا را تولید کرده است و ذرات نانویی غیر فلز مانند: نانوسیلیکا، نانو زیرگونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها.
2- بتن با عملکرد بالا
یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.
بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف میباشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا میباشد، از جمله میتوان به خاصیت الکترو مغناطیسی و قابلیت بکار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان‌ها و ; را نام برد.
3- نانو سیلیس آمورف
در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.
محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا میباشد که دارای قطری در حدود01 تا 1 میلیمتر بوده و دارای اکسید سیلیس حدود 90% میباشد. میتوان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که برای افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده میشود.
محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای گوله‌ای شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می‌باشند، که مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد، این نوع محلول آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم ([2] SCC ) به کار گرفته شده است. نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:
خاصیت ضد سایش
ضد لغزش
ضد حریق
ضد انعکاس سطوح
آزمایشات نشان داده‌اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا سریع‌تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica )در بخش اصلاح مواد ریولوژی، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100nm میباشد.
4- نانو لوله‌ها (NANOTUBES)
همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکاربرده می شوند. امروزه از الیاف فلزی، شیشه‌ای، پلی پرویلین، کربن و ; در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی (Carbon Nan otubes )انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.
نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوآنتم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت‌ها بکار برده می شوند.
نانو لوله‌ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می‌باشند و نیز نانو لوله‌ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهد، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها 1000برابر مس است.
نانو لوله‌ها طبقه جدیدی از محصولات می‌باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد نانو کامپوزیت‌های چند منظوره بوجود آورده اند ومی‌توانند به عنوان نانو لوله‌های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین نانو لوله‌های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مسالح ساختمانی با عمکرد بالای چند منظوره، بازی میکنند.
با توجه به رشد سریع تحقیقات علمی و عملی علوم و فنون نانو در کلیه علوم و صنایع توجه بسیاری کمی به کاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان و بطور عام در ساخت و ساز شده است. ولی اخیراً با توجه به تقویت کننده‌ها و استحکام دهنده‌های نانویی در مصالح ساختمانی، موج جدیدی با شتاب فزاینده صنعت ساخت و ساز را در برگرفته است. کربن نانوتیوبها، استوانه‌های تو خالی از تک ورقه‌های گرافیتی هستند که به شکل استوانه پیچیده شدهاند، این مواد دارای خواص ساختاری مکانیکی و الکتریکی فوق‌العاده‌ای هستند که ناشی از خواص ویژه پیوندهای کربنی و تقارن استوانه‌ای آنهاست. در مورد کربن، کربن نانوتیوبها ، خواص، کاربردها و روشهای تولید انواع مختلف آنها بر حسب نیاز، تحقیقاتی تاکنون انجام گرفته است و از آنجا که نانولوله‌های کربن از کربن گرافیتی ساخته شدهاند مقاومت بسیار خوبی در برابر حملات شیمیایی و نیز پایداری حرارتی خیلی خوبی دارند.
مقدمه
نانوتکنولوژی یا آنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه ها از مهندسی تا پزشکی را نوید میدهد.
در آینده نه چندان دور، در خانه های جدید آجرها ممکن است هنگامی که ترکی در آنها ظاهر میشود خودشان را تعمیر کنند. ماشینها نیز ممکن است با لایهای به استحکام الماس پوشانده شوند که آنها را در برابر خراشها محافظت میکند. پزشکان نیز خواهند توانست
صدها نوع بیماری را تنها با قرار دادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت آنند.
نانوتکنولوژی در جهانی بسیار کوچک آنترل میشود. هدف نانوتکنولوژی ساخت اشیاء، اتم به اتم، ملکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام میدهد.
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی « یک میلیاردم » است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است، ابعادی که در آن اتمها با هم تر کیب شده و مولکولها روی هم اثر متقابل دارند. هدف این است که اگر بشر بتواند به اتمها بگوید که چه طور خودشان را مرتب آنند و چگونه رفتار آنند،
بسیاری از خواص یک ماده قابل آنترل میگردد. همان طور که در طبیعت اتمهای کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنها به الماس تبدیل میکنند، بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود.
دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکولهایش را نیز میتوانطوری تعلیم داد تا هنگامیکه یک ترک ظاهر
میشود آن را تعمیر آنند یا اینکه با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط مرطوب هوا وفق دهند.
CNT دیباچه کربن نانوتیوپ :
یکی از مهمترین زمینه های (CNT) کربن نانوتیوبها تحقیقاتی در نانوتکنولوژی می باشند خواص و پتانسیل ویژه و انحصاری آنها برای کاربردهای ارزشمند تجاری، طیف وسیعی از الکترونیک تا آنترل فرایندهای شیمیایی را در بر میگیرد.
همانطور که اشاره شد کربن نانوتیوبها استوانه های تو خالی از تک ورقه های گرافیتی هستند که به شکل استوانه پیچیده شده اند این مواد دارای خواص ساختاری و مکانیکی و الکتریکی فوق العادهای هستند که ناشی از خواص ویژه پیوندهای کربن و تقارن استوانه ای آنهاست.
مدول یانگ و نسبت تنش به کرنش، که معیار مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل است برای مواد مختلف از 600 متغیروبرای سخترین مواد از قبیل Gpa تا Gpa چند 0/ الماس تغییر میکند. این کمیت برای نانولوله هااز 4 تغییر می آند. مقدار متوسط آن برای Tpa ، 4/ تا 15
1/28 است. Tpa حدود MWNT 1 و برای Tap حدود SWNT با افزایش قطر نانولوله ها، مقدار کرنش کاهش یافته و مدول یانگ افزایش پیدا میکند. نسبت استحکام به دانسیته نیز در طراحی مواد ساختمانی بسیار مهم است. این مقدار برای نانولوله های کربنی صدها برابر فولاد است.این کمیت برای الیاف کربنی 40 برابر فولاد است. از آنجا که نانولوله های کربن از کربن گرافیتی ساخته شدهاند، مقاومت بسیار خوبی در برابر حملات شیمیایی داشته ونیز پایداری حرارتی خیلی خوبی دارند.
ساختمان تیوب
میتوان کربن نانوتیوبها را نوع اصلاح و تغییر شکل یافته گرافیت تصور کرد. گرافیت از لایه های بسیار زیاد اتمهای کربن که بر فرم شش گوش بهم متصل و ورقه های مسطحی را تشکیل می دهند شکل گرفته است. پیوند بین لایه ها ضعیف و پیوند بین اتمها قوی میباشد.
را میتوان ورقه یا ورقه هایی از گرافیت تصور CNT میتواند بشکل CNT . کرد که لوله شده باشند مثل یک ورقه لوله شده ، SWNT نانوتیوبهای تک جداره شبیه به چندورق که با هم MWNT یا چند جداره لوله شده باشند موجود باشد.
بتن در مقیاس نانو:
بتن از جمله مواد خلل و فرج دار است و این منافذ در مقیاس نانو صورت می گیرد. واکنش شیمیایی که بین سیمان آب ایجاد می شود در مقیاس نانو است . این منافذ نانو، خصوصیات محصول هیدراته سیلیکا کلسیم را آنترل میکند به همین دلیل بتن از بعضی جهات یک ماده نانو است .
حملات شیمیایی از طریق منافذ بتن به فولاد درون آن نفوذ میکند و آن را ا کسید میکند که باعث خورندگ ی ،ترک و در ایت شکست بتن می شود و به همین دلیل میکرو ساختار بتن شایسته توجه بیشتری است.
(fumed مخلوطی بتنی که حاوی نانو ساختار فومد سیلیکا هستند (محصول فرعی تولید شیشه صنعتی)، به silca) عنوان یک ماده افزودنی بسیار مهم که باعث مقاومت و دوام ساختار بتنی که در معرض خورنده گی نمک قرار گرفته ، شناخته شده است. بطور کلی با افزودن فومد سیلیکا که نقش افزودنی در دارد و واکنش آن در مقیاس نانو است .بتن با دوام و مقاوم ساخته میشود اما اگر به مقدار زیاد افزوده شود بتن را ترد و شکننده میکند، پس لازم است مقداری که باید اضافه آنیم رامحاسبه آنیم.
سیمان فعال نانو ساختار
در طول تحقیقات از آنالیز شیمیایی رزنانس هسته (Nuclear Resonance Reaction Analysis – NRRA) برای مطالعه هیدراتاسیون سیمان در مقیاس نانو استفاده می شود. واکنش بین سیمان و آب در مقیاس بسیار ریز صورت می گیرد.بوسیله این تحقیق اطلاعات بهتری از اتفاقی که در سطح ذرات سیمان می افتد و هیدراته می شوند بدست می کید. یک پرتو از اتمهای نیتروژن به سیمانی که به آن آب اضافه شده است، تابانیده می شود و نتایج بصورت یک گراف کشیده می شود که به آن برش عمودی هیدروژن در عمق می گویند،
و سرعت نفوذ آب و کرایش لایه های سطحی مختلف را که در طول واکنش حاصل می شود را نشان می دهد.
با مشاهده تصاویر واکنش سیمان و آب لایه سطحی به ضخامت 20 نانومتر مانند یک سد نیمه تراوا عمل می آند که اجازه می دهد آب وارد ذرات سیمان شود و با یو ای کلسیم واکنش دهد. یو ای سیلیکا که بزرگتر هستند در پشت این لایه باقی می مانند. با ادامه یافتن واکنش لایه ژل سیلیکات در زیر لایه سطحی تشکیل میشود که عامل تورم سیمان است . و با تورم سطح ناگهان لایه سطحی می شکافد. این شکست سیلیکاتهایی را که محبوس شده بودند را آزاد می کند و با یو ای کلسیم واکنش می دهند و تولید ژل هیدراته سیلکات کلسیم می آند و باعث سفت شدن بتن می شود. تکامل تدریجی برش عمودی هیدروژن زمان شکستن لایه سطحی رانشان میدهد. این اطلاعات میتواند برای مطالعه فرایند سفت شدن بتن به صورت تابعی از دما، حرارت، شیمی، سیمان و … مورد مطالعه قرار بگیرد. به شکست سیمان NRRA عنوان مثال با استفاده از 1 ساعت پس از افزایش / 86 مدت 5 0F هیدراته در دمای آب تعیین میشود.
(ASR) Alkali – Silica Reaction واکنش ژل کلکالی سیلیکا بین قلیاییهای ( کلکالی) سیمان و فرم فعال سیلیکا درهنگام اختلاط مصالح واکنش صورت می گیرد. که به برهم کنش کلکالی سیلیکا معروف است. این برهم کنش تولید ژل کلکالی سیلیکا میکند. اگر رطوبت کافی باشد ژل منبسط میشود و باعث ترک خوردن بتن میشود. بتن را تضعیف میکندو آنرا در بعضی نقاط نسبت ASR ASR به نیروهای خارجی کسیب پذیر میکند. انبساط ژل شامل تبدیل و تغییر شکل ژل کمورف در مقیاس نانو است که با استفاده از پراش نوترونی تغییراتی که در مقیاس نانو در ژل اتفاق می افتد به عنوان تابعی از شیمی ژل، دما و رطوبت نسبی مورد مطالعه قرار می گیرد و قابل مشاهده است.
ژل کلکالی سیلیکا در مقیاس نانو
: fly ash و ژل نانو ساختار ( fly ash) برهم کنش بین خا کستر سیمان پرتلند، بر قدرت و دوام بتن اثر میگذارد. با استفاده از پراش نوترونی، کیفیت و چگونگی تغییرات می fly ash را به عنوان تابعی از زمان و تر کیب توان مطالعه کرد.
و ذرات سیمان درمقیاس نانو fly ash برهم کنش سرعت هیدراتاسیون سیمان: بسیار مهم است که یک مدل درست از واکنش سیمان با آب به عنوان تابعی از دما، نسبت آب به سیمان واندازه ذرات سیمان داشته باشیم. اما بدست آوردن این اطلاعات اساسی با ستفاده از روشهای آنالیز مرسوم مشکل است زیرا واکنشها در منافذ نانو ژل سیمان اتفاق میافتد. روش پراش نوترونی برای اندازه گیری جنبش و حر کت و واکنشهای آب در این اندازه بسیار مناسب است. هم چنین محققین توسط این روش تأثیر فا کتورهای مختلف را بر روی سرعت پیشرفت تر کها در سیمان مطالعه میکنند.
نتیجه گیری:
نانوتکنولوژی عرصه جدیدی است که در آینده تاثیرات زیادی بر دیگر تکنولوژیها و نیز کیفیت زندگی بشر خواهد گذاشت. در ایران نیز حر کت به سوی این تکنولوژی شروع شده است.
کربن نانوتیوبها یکی از مهمترین موادی هستند که جهت کاربردهای نانوتکنولوژی مورد بحث و بررسی هستند .
خواص ویژه آنها طیف گستردهای را در بر می گیرد از استحکام فوق العاده زیادشان تا رفتار غیر معمول الکترونیکی، هدایت حرارتی بالا، قابلیت ذخیره و نگهداری ذرات نانوئی داخل تیوبها پتانسیل کاربردهای فراوان کربن نانوتیوبها و خواص ویژه آنها باعث سعی و تلاش بسیار زیادی در زمینه های مختلف در صنعت CNT علمی و مهندسی شده است. کاربردهای ساختمان، طیف وسیعی از کامپوزیت مواد تا تر کیبات و اجزاء با استحکام بالای ساختاری و تکنولوژی انتقال حرارت را در بر میگیرد.
کلمات کلیدی :
»
نظر
