Material nanostructurat pentru construcții

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În anii 2000 , cercetarea aplicată asupra materialelor nanostructurate sau nanomateriale , limitate inițial doar la sectoarele aerospațial și biomedical, a început să implice din ce în ce mai mult domeniul produselor pentru construcții . De fapt, chiar și în sectorul construcțiilor încep să fie utilizate diferite tipuri de produse inovatoare care exploatează proprietățile specifice ale nanostructurilor .

Perspective

Deși cererea actuală în acest sector a fost până acum destul de limitată (în 2006 în Statele Unite era doar 20 de milioane de dolari), ea pare destinată unei dezvoltări puternice care va duce la o expansiune a pieței egală cu aproximativ 100 de milioane de dolari în 2011. și aproximativ 1,75 miliarde în 2025 . Marele ferment din acest sector de cercetare a stimulat dezvoltarea unor tehnici de sinteză inovatoare, ale căror avantaje principale sunt simplitatea relativă și, mai ales, rentabilitatea.

O creștere de această amploare pare să fie destinată extinderii considerabile a alternativelor disponibile proiectantului în alegerea materialelor care vor fi utilizate, până la punctul de a schimba chiar modul de concepere a organismelor de construcție datorită proprietăților extraordinare și uneori fără precedent pe care le prezintă materialele nanostructurate. În anii 2000, diferite tipuri de nanocompozite au început să fie utilizate în sectorul construcțiilor, cu matrice organică ( polimerică ) sau anorganică ( ciment sau sticlă ) la care nanopulberile sau nanoparticulele, bazate tot pe anorganice ( oxizi metalici sau ceramică ), sunt legate de procese chimice sau organice ( carbon ). De asemenea, este posibil să acoperiți majoritatea materialelor utilizate în mod obișnuit în construcții cu acoperiri nanostructurate, selectând tipul de acoperire în funcție de performanța specifică necesară. Progresarea progresivă a tehnologiilor de procesare va duce la posibilități suplimentare de aplicare, începând de la utilizarea dispozitivelor nano-structurate și a dispozitivelor de acționare în cadrul componentelor clădirii, până la ipotezarea structurilor ultra-subțiri care sunt de o sută de ori mai puternice decât oțelul și de șase ori mai ușoare și mai flexibile. nanotuburi de carbon .

Caracteristici și proprietăți

Proprietățile specifice ale acestor materiale rezidă tocmai în caracteristicile nanostructurilor . Sub 100 nm , de fapt, procentul de atomi de suprafață al unui corp devine din ce în ce mai semnificativ până când predomină pe cel al atomilor interni atunci când dimensiunea este foarte aproape de nanometru. Deoarece într-un solid proprietățile macroscopice sunt strict corelate cu cele microscopice, chiar și la macroscală este posibil să se exploateze caracteristicile particulare ale atomilor de suprafață (în ceea ce privește conținutul de energie, polarizabilitatea electrică, proprietățile termice, proprietățile mecanice etc.) .

De exemplu, este posibil să se obțină materiale ceramice cu duritate și duritate mai mari; metale cu o duritate mai mare, cu rezistență mare la curgere , cu proprietăți electrice deosebite; polimeri cu rezistență mecanică mai mare, căldură și atac chimic, proprietăți de barieră mai bune la schimbul gazos, transparență mai bună, conductivitate electrică , rezistență la agenți atmosferici și îmbătrânire. Nanotehnologia permite, de asemenea, să sintetizeze noi clase de materiale, cu proprietăți care până acum nu erau concepute (gândiți-vă la nanostructurarea izolantă , aerogel , care combină caracteristicile unice ale ușurinței și rezistenței mecanice).

Materialele nanostructurate, bazate pe tehnologii dematerializate care vizează economisirea resurselor, se caracterizează printr-o fiabilitate și durabilitate ridicate, pot reacționa la stimuli externi îmbunătățind răspunsul la factorii de mediu și rezistența la agenți agresivi, până la favorizarea oxidării poluanților. mortarele fotocatalitice pe bază de dioxid de titan TX activ brevetat de Italcementi ).

Necunoscutele majore legate de utilizarea acestor materiale privesc stabilitatea în timp a reacțiilor chimice produse la suprafață, posibila eliberare de substanțe toxice pe termen lung, nivelurile de durabilitate în procesele de producție la scară industrială și metodele de eliminare. De fapt, au fost emise avertismente cu privire la efectele necunoscute pe care le pot provoca nanoparticulele asupra sănătății umane și a mediului, până la punctul în care mulți au cerut ca cercetarea nanotehnologiei să fie însoțită de studii privind ecotoxicologia .

Tehnologii de prelucrare

Procesele de fabricație a nanomaterialelor pentru sectorul construcțiilor sunt de natură complexă și necesită un control atent pentru a obține performanța necesară. În cazul nanocompozitelor, una dintre principalele dificultăți constă în aptitudinea nanoparticulelor de a se agrega în forme cristaline de dimensiuni micrometrice pentru a-și reduce propria energie liberă de suprafață. În schimb, este necesar ca umpluturile să fie dispuse uniform în matrice și să aibă aceleași caracteristici de formă, dimensiune și compoziție, contribuind în același mod la realizarea proprietăților finale ale compozitului (forma nanoparticulelor , de exemplu, este fundamental pentru a crește rezistența mecanică a materialului în conformitate cu direcțiile preferențiale).

În funcție de tipul de material nanostructurat care trebuie obținut, este posibil să funcționeze urmând diferite procese de fabricație; acestea pot fi clasificate după două metode principale:

O primă metodă, numită de sus în jos , constă în obținerea structurilor de dimensiuni nanometrice pornind de la procesarea unui solid de dimensiuni discrete. Cel mai frecvent proces se bazează pe tehnici de miniaturizare utilizând litografie cu electroni , ioni sau raze X , care tind să reducă progresiv dimensiunea rețelelor de cristal . În prezent, însă, metodele de miniaturizare nu sunt capabile să producă nanostructuri cu o dimensiune sub 100 nm din cauza limitărilor legate în principal de capacitatea de focalizare a grinzilor.

Cealaltă abordare este cea de jos în sus , în care nanostructura este generată prin adăugarea succesivă de atomi, cu o tehnică bazată în principal pe activarea proceselor chimice (de exemplu, cu sol-gel sau tehnici de depunere chimică a vaporilor ). Metodele nanochimice permit controlul dimensiunii structurilor de la nivel atomic sau molecular și astăzi par a fi cele mai potrivite pentru producerea de cantități mari de material nanostructurat, deoarece posibilitatea unui transfer de producție la scară mai mare pare să matur.

Clasificare

În general, este posibil să se clasifice nanomaterialele în raport cu numărul de dimensiuni nanometrice pe care le prezintă; de fapt există:

În raport cu majoritatea utilizărilor finale din sectorul construcțiilor, este posibil să considerăm primele două categorii ca materiale de bază necesare pentru realizarea produsului final. Materialele de construcție nanostructurate pot apărea, de fapt, ca compozite realizate direct în laborator, unde procesul de sinteză a nanoparticulelor poate avea loc în prezența matricei sau ca materiale tradiționale (sticlă, lemn, aluminiu etc.) acoperite cu pelicule subțiri. prin intermediul proceselor de pulverizare catodică . De asemenea, este posibil să se realizeze acoperiri folosind pelicule subțiri de natură diferită a suprafețelor prin unul sau mai multe straturi, iar straturile individuale pot fi funcționalizate chimic pentru a îndeplini diferitele funcții. Acesta este cazul SAM ( auto-asamblat monostrat ), în care filmul subțire se formează spontan pe suprafață pentru a fi acoperit prin agregarea unui singur strat de molecule la un moment dat.

Produse de pe piață

Până în prezent, principalele teste de construcție se referă la următoarele tipuri de produse:

  • autocurățare și materiale cimentare fotocatalitice utilizate pentru tencuieli și pardoseli
  • compozite ranforsate cu fibre nano-structurate pentru structuri ușoare și rezistente
  • vopsele rezistente la uzură, anticorozive, termice sau fotocatalitice și acoperiri nanostructurate
  • materiale organice pentru conversia fotovoltaică
  • izolatoare nano-structurate transparente
  • pahare auto-curățate, fotocromice și termocromice cu nanoparticule
  • surse de lumină cu nanotuburi de carbon
  • SURFASHIELD suspensie pe bază de apă de dioxid de titan produsă cu sistem sol-gel aplicabil în agregarea chimică la rece

Dintre aceste categorii, materialele fotocatalitice (nu numai mortare cimentate, ci și ceramice și aluminiu ) bazate pe tratarea cu dioxid de titan și diferitele tipuri de sticlă specială reprezintă cele mai dezvoltate sectoare, pentru care o ofertă de produse inovatoare.

Principalele studii efectuate în Italia care vizează construirea produselor și componentelor se referă la nanocompozite hibrid organice-anorganice, fotovoltaice organice și folii de protecție pentru anvelopa clădirii.

Bibliografie

  • Gianfranco Carotenuto, Nanocompozite metal / polimer , Institutul pentru tehnologia materialelor compozite, Consiliul Național de Cercetare, 2003.
  • George Elvin, Revoluția Nano. O știință care funcționează la scară moleculară este destinată să transforme modul în care construim , revista Architect, mai 2007.
  • Luat din NanoPhos; Dr. Ioannis Arabatzis

Elemente conexe

linkuri externe

Materiale Portalul de materiale : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de materiale
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Materiale_nanostrutturato_per_l%27edilizia&oldid=110333342 ”