مقاله تحلیلی: تحول صنعت ساخت‌ و ساز با استفاده از نانوبلورها

طبق گزارش‌ها قرار بود در تابستان امسال، پل جديدي در كاليفرنيا ساخته شود. اخباري این‌چنین، به‌ندرت پراهميت تلقي مي‌شوند اما اين باخبرهای ديگر تفاوت دارد.

اين پل با بتني ساخته‌ مي‌شود كه متشکل از نانوبلورهايي ميكروسكوپي از جنس چوب است. ايده‌ي اصلي این است كه اين نانو کریستال‌ها مقاومت بتن را بالاتر مي‌برند و لذا باعث كاهش مقدار موردنیاز بتن مي‌شوند. در اين ميان، نانوبلورها يك محصول جانبي تولیدشده از صنايع كاغذ و خمير كاغذ هستند.

فناوري نانو، طي 30 سال گذشته رشد سريعي داشته است. نانو ذرات نيز همواره با ما بوده‌اند، اما چون آن‌ها خيلي كوچك هستند، هنوز ميكروسكوپ الكتروني لازم براي ديدن اين ذرات و همچنين امكان دستكاري آن‌ها وجود ندارد چراكه ذرات نانو به كوچكي يك میلیاردیم متر هستند. براي تصور و درك بهتر، قطر يك رشته موي انسان حدود 100000 نانومتر (nm) و همچنين ضخامت يك ورق روزنامه حدود 160000 نانومتر (nm) است.

نكته‌ي جالب در مورد نانو ذرات اين است كه موادي با ساختار نانو، اغلب مقاوم‌تر و داراي خواص مغناطيسي متفاوتي در مقايسه با ساير مواد در همان اندازه و شكل هستند. گاهي اوقات نيز در تبادل گرما يا الکتریسیته بهتر عمل مي‌كنند. اين مواد ازلحاظ شيميايي واكنش‌پذيرترند، نور را بهتر انعكاس مي‌دهند و به‌وسیله‌ تغيير در ساختار و اندازه‌، در رنگ‌ها تغيير ايجاد مي‌كنند. آن‌ها همچنين باعث افزايش مقاومت می‌شوند.

تيم تحقيقاتي پوردو اميدوار است كه نانوبلورهاي سلولزي، كه در حدود 100 نانومتر طول و 5 نانومتر عرض دارند، مقاومت بتن را از طريق يك واكنش شيميايي يعني افزايش هيدراسيون ذرات سيمان، افزايش دهند.

جفري يانگ بلود، استاد مهندسي مواد در پردو، مي‌گويد: «در ميان نمونه‌هاي بتن با درجات هيدراسيون مختلف، آنکه بيشتر هیدراته شده است، داراي مقاومت بيشتري خواهد بود».

«بنابراين ممكن است تصور شود كه با افزايش ميزان بيشتري از آب، بتن مقاوم‌تري خواهيم داشت، درصورتی‌که با افزايش آب، ميزان منافذ درون بتن بيشتر شده و مشكل ضعف مقاومت بتن به وجود مي‌آيد؛ اما نانوبلورهاي سلولزي، مي‌توانند با مصرف آب كمتر، هيدراسيون را افزايش دهند و بتن مقاوم‌تري را ايجاد كنند».

مزیت دیگر بتني كه با تزريق سلولز ساخته مي‌شود، این است که در زمان كمتري مي‌گيرد و عمل‌آوري آن سريع‌تر رخ می‌دهد.

محققان مي‌گويند هزينه‌ي استفاده از نانوبلورهاي سلولزي قابل جبران خواهد بود چراكه سازندگان در ازاي آن، سيمان كمتري مصرف مي‌كنند. البته به‌طور دقيق ميزان اين كاهش هزينه مشخص نشده است، اما حتي اگر اين نانو کریستال‌های سلولزي به‌جای درصد كمي از سيمان هم استفاده شوند، بسيار مؤثر خواهند بود زيرا بتن، معمول‌ترين مصالح ساختماني دست‌ساز در دنياست.

حتي اگر بتن در همه‌جا موجود باشد، باز اين سلولز است كه فراوان‌ترين تركيب آلي بر روي زمين است. شايد دور از ذهن باشد ولي سلولزها هستند كه ساقه‌ها، برگ‌ها و شاخه‌هاي گياهان را مستحكم و قوي مي‌سازند.

چنانچه محققان استفاده موفقی از اين ماده براي پل كاليفرنيا داشته باشند، تأثير بسيار قابل‌توجهی بر صنعت بتن خواهند گذاشت. تمامي اعضای ساخته‌شده با بتن با حفظ مقاومت، نازك‌تر و سبك‌تر خواهند شد.

بعلاوه، استفاده‌ كمتر از بتن به معناي مصرف كمتر سيمان است، كه اين به معناي آزاد شدن كمتر دی‌اکسید كربن در جو است. مدت مديدي است كه صنعت ساخت‌وساز به اين حقيقت واقف شده كه کارخانه‌های سيمان باعث تولید حدود هشت درصد از دی‌اکسید كربن در جهان می‌شوند و اين يكي از دلايل اصلي تغييرات اقليمي و آب‌وهواست.

محققان پوردو، از يك دهه قبل به دنبال سلولز بودند. يانگ بلود، كه بيشتر با مواد پلاستيك كار مي‌كند، چالش اصلي را تعيين محل‌هايي مي‌داند كه نانوبلورهاي سلولزي محلول در آب مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند. ايده‌ استفاده از آن‌ها در بتن نيز هنگامي به ذهنش خطور كرد كه در حال ايجاد يك حفره براي آماده‌سازی محل بتن‌ريزي بود.

او مي‌گويد تيم تحقيقاتي خيلي زود دريافت كه نانوبلورهاي سلولزي، بتن را مقاوم‌تر مي‌كنند اما علت آن هنوز برايمان مشخص نبود. در واقع خيلي كوچك بودن نانو کریستال‌ها، قابليت افزايش مقاومت بتن توسط اين ذرات را دور از ذهن مي‌نمود. وی می‌گوید اكنون وقت آن است كه بتن جديد را از آزمايشگاه بيرون بياوريم و از آن براي ساخت يك پل در دنياي واقعي استفاده كنيم.

 منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.