مقاله کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران

دانلود مقاله کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران

فناوری نانو چیست؟
فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود ۱nm تا ۱۰۰nm می‌باشد. (۱ نانومتر یک میلیاردیم متر است).اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال ۱۹۵۹ زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم مولکول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.

مقیاس نانو

سازمان بین‌المللی استانداردها یک متر را بدین گونه تعریف کرده است:
طولی که توسط نور در خلأ در بازه زمانی ۲۹۹۷۹۴۵۷/۱ ثانیه طی می‌شود، یک متر می‌باشد ویک نانومتر ۱۰-۹متر می‌باشد.
با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم‌ها و مقیاس نانو می‌توان یک نانومتر را راحت‌ترتصورکرد. یک نانومتر برابر قطر ۱۰ اتم هیدروژن و یا ۵ اتم سیلسیم می‌باشد. درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت‌تر می‌باشد.
همچنین :
یک نانو متر یک میلیاریم متر است.
یک گلبول قرمز دارای عرض تقریبی هفت هزار نانومتر است.
یک مولکول آب دارای قطری حدود ۱ نانو متر است.
مولکول اندازه پروتئینها بین ۱ تا ۲۰ نانومتر است .
طبق تعاریف مقیاس طولی بین ۱ نانومتر تا ۱۰۰ نانومتر را مقیاس نانو می گویند
تصور کنید که در یکی از گرمترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیما به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هایی با شیشه های دودی برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق ندارید. همچنین دوست دارید تا تنها زمانی که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی شوند.
کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران
واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال ۱۹۷۴ بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می‌باشد، به کار برد. در سال ۱۹۸۶ این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری‌نانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم‌ها ماشین‌های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

خلاصه
در سال ۱۸۷۰ یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال ۱۸۵۲ مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه ۴۵۱۴۹ متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“ با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از ۱۳۷ سال (در سال ۲۰۰۷) بازار آسفالت- قیر معدنی به ۱۰۷ میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است. به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال ۱۹۶۰ است.

تاریخچه
در سال ۱۸۷۰ یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال ۱۸۵۲ مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه ۴۵۱۴۹ متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“

با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از ۱۳۷ سال (در سال ۲۰۰۷) بازار آسفالت- قیر معدنی به ۱۰۷ میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است.
به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال ۱۹۶۰ است.در سال ۲۰۰۵ ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای آن را درک نمایند.
دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می‌گذارند.“
بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است.
یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند. و………

فهرست مطالب
فناوری نانو چیست؟ ۳
مقیاس نانو ۳
کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران(آسفالت)
کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان ۹
استفاده از فناوری نانو برای پیشگیری از ریزش پل‌ها  ۱۲
انقلاب فناوری‌نانو در معماری ۱۴
فناوری نانو در تصفیه آب ۱۹
استفاده از فناوری نانو در ساخت سیمان  ۳۸
نانو تکنولوژی برای سیمان در حجم زیاد ۴۱
کاربرد مواد نانو در صنعت بتن ۴۷
کاربرد فناوری نانو در زلزله ۵۲
منابع