شیشه های نانو – فناوری نانو در شیشه

پیشرفت در روش های تولید باکیفیت و بازدهی محصولات را بهبود می بخشد و باعث ایجاد افقی روشن در زمینه تولید انبوه می گردد.عمومی شدن بحث نانو فناوری و سود دهی بالای آنها موجب شده تا بیشتر محققان در زمینه گسترش کاربرد های نانو فناوری به کار خود ادامه دهند.نیروی محرکه همه ی این فعالیتها،گسترش مداوم نانومواد به علاوه خصوصیات و قابلیت های جدیدی است که کشف شده است.

پنجره های هوشمند

تصور کنید که در یکی از گرمترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید به طور مستقیم به اتاق شما میتابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره های با شیشه تیره برای متعادل تر نمودن گرما و نور اتاق ندارید.احتمالا تمایل دارید تا شیشه ها، تنها زمانی که نور شدت دارد درست مانند عینک های فتوکرومیک، دودی شوند.

امروزه این کار با استفاده از الکتروکروماتیک ها انجام می شود که موادی هستند که رنگ آنها در اثر جریان الکتریکی تغییر می کنند.جریان الکتریسته با ایجاد واکنش شیمیایی سبب تغییرات خصوصیات مواد شده و کاری میکند تا آنها نور را جذب یا منعکس کنند.

امروزه از صنعت الکترونیک در ساخت این نوع از شیشه های پنجره استفاده می شود به این صورت که زمانی که نور خورشید به شیشه ها می تابد جریان الکتریکی برقرار و سبب می شود تا یون ها از لایه ی ذخیره یونی به سمت لایه هدایت یونی حرکت نموده و به لایه الکتروماتیکی برسند و شیشه را تیره نمایند. با قطع جریان الکتریسیته، فرایند برعکس عمل نموده و شیشه مجددا شفاف می شود.

مقدار جریان تنظیم کرد. شرکت هایی که در این نوع از پنجره ها مشغول فعالیت هستند، موفق به ساخت پنجره های نانوکروماتیک شده اند. اساس این نمایشگرها درست مانند آنچه در الکتروماتیک ها شرح داده شد، است؛ با این تفاوت که در ساخت آنها از فناوری نانو استفاده شده است. نانوکروماتیک ها ذراتی در مقیاس نانومتر هستند که می توانند به سرعت خاموش یا روشن شوند. همچنین پایداری دوطفه ی فرایند باعث می شود که در مصرف انرژی نیز صرفه جویی شود.

شیشه های خود تمیز شونده

شیشه های نانو یا شیشه های خود تمیز شونده(فتوکاتالیتی آبدوست) از سال ۲۰۰۲ در بازار در دسترس بوده اند که هر روز نیاز وتقاضای استفاده ازآنها افزایش می یابد. برای عمل خود تمیز شوندگی این شیشه ها، نور UV به عنوان یک پیش شرط لازم است.بنابراین شیشه نانو را می توان تنها برای سطوح خارجی سازه به کار برد.با اعمال پوشش خاص (مانند اکسید تیتانیوم) و به کارگیری UV که در نور خورشید نیز وجود دارد،تشکیل اکسیژنِ فعال بر روی سطح شیشه تسریع می گردد.

این اکسیژن به لکه های چربی آلی روی سطح شیشه حمله نموده وبا تجزیه سطح تماس بین شیشه و چربی،چسبندگی کاهش یافته و چربی می تواند بهتر شسته شود؛بنابراین چربی به طور کامل از روی سطح پاک می شود. پس شیشه هایی با ترکیبی از خواص فتوکاتالی و آب دوستی می توانند تحت عنوان شیشه های خودتمیز شونده ( شیشه نانو )نامیده شود.

عمل دفع چربی و سطوح تمیز شونده روی سطح شیشه نانو

سطوح آبگریز(HYDROPHOBIC):با به کار بردن پوشش های خاص، امکان افزایش کشش سطحی شیشه وجود دارد. احتمالاً بهترین مثال شناخته شده،سطح جسمیست که به تازگی واکس زده شده است. در این حالت به راحتی می توان اثر آب گریزی را در آن مشاهده نمود. به دلیل کشش سطحیِ افزایش یافته، آب دفع می شود و به شکل دانه های کروی جریان می یابد. در این حالت به دلیل آنکه سطح کفش واکس زده شده است، آب نمی تواند به سطح بچسبد. در این حالت آب به شکل قطرات و دانه هایی متراکم در می آید و به دنبال این رفتار، سعی می کند که از سطح فرار کند. عمل تمیز کنندگی این پوشش ها به این علت است که نه تنها آب، بلکه لکه های چربی و آلودگی ها نیز قادر به چسبیدن به سطح نیستند و همین باعث می شود که اگر بر روی سطح، آب ریخته شود یا بعدها باران ببارد، سطح شیشه شسته شود ( لکه های چربی شسته شده و سطح به راحتی تمیز می شود).

به دلیل کشش سطحی بالاتر ، نیاز است قطرات آب قبل از چکیدن،وزن بالاتری به دست آورند. قطرات کوچک به اندازه کافی سنگین نبوده و حتی بر روی سطوح لعاب کاری شده ممکن است خشک شده و بر روی شیشه به صورت لک و خال، اثرات آنها باقی بماند. هر آلودگی چسبنده از سطوح آب گریز، خیلی آسان تر از سطح یک شیشه معمولی می توانند خارج شوند.

تشکیل لایه نازک آبدوست(HYDROPHILIC): با عمل آب دوستی، کشش سطحی کم می شود. در چنین حالتی قطرات آب بر روی سطح پخش شده و یک لایه نازک آب بر روی سطح تشکیل می دهند. تشکیل این لایه نازک آب، دو مزیّت دارد: اوّل این که مقدار یکسانی از آب، سطح بزرگتری را خیس می کند. این عمل طور طبیعی بهره وری  تمیز کاری را در مقایسه با سطح شیشه های معمولی بهبود می بخشد. دوّم اینکه هیچ قطره بارانی بعد از باران باقی نمانده و بدین ترتیب شیشه سریعتر خشک شده و هیچ اثری از لکه باران روی شیشه باقی نمی می ماند.

مکانیزم خود تمیز شوندگی

تیتانیا(اکسیدتیتانیوم) یک ماده نیمه هادی است که باند ممنوعه ی نسبتا وسیع دارد. وقتی یک پرتوی نور با انرژی مساوی و یا بالاتر از باند ممنوعه به آن بتابد، الکترون از باند ظرفیت خارج شده و به باند هدایت می رود. به این ترتیب یک حفره در باند ظرفیت و یک الکترون در باند هدایت ایجاد خواهد شد.

در نتیجه ی این عمل، یک جفت الکترو حفره به وجود می آید. یون های هیدروکسیل(OH) داخل حفره می افتد و منجر به تشکیل رادیکالهای هیدروکسیلی می شود که عوامل اکسیداسیون بسیار قوی هستند. این عمل باعث کاهش قدرت چسبندگی ماده ی آلی روی سطح شیشه نانو شده و محصولات تولید شده حاصل از واکنش چربی ها با پوشش، در اثر وزش باد یا بارش آب باران از سطح جدا می شوند.

مزایا و ویژگی های شیشه های خود تمیز شونده ( شیشه نانو )

 پس زدن آب و روغن از روی سطح

 عدم چسبندگی آلودگی و کثیفی ها بر روی سطح

 پاک شدن گل ولای به وسیله آب باران

 عدم رسوب گرفتن سطوح

 ممانعت از خوردگی شیشه

 جلوگیری از تشکیل اثر انگشت بر روی شیشه

 تا ۲۰% شیشه روشنتر و شفافتر می شود

 تمیز ماندن شیشه تا مدت بسیار طولانی تر

 کاهش انتقال صدا تا ۲۴% نسبت به شیشه های معمولی

 و…

منبع:کتاب شگفتی های نانوفناوری