نانو در معماری پایدار

نانو

نانو، که برای تعیین یک میلیاردم یا ۱۰ یک کمیت استفاده می‌شود برابر است با یک میلیاردم متر که این اندازه تقریباً معادل نصف ضخامت یک مولکول دی ان ا است. مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر  صد نانو متر باشد تعریف شده‌اند.
انتظار می‌رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند. برای مثال مطالعات نشان می‌دهد در طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی، مصرف جهانی انرژی را تا ۱۰ درصد کاهش داده، باعث صرفه جویی سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان ۲۰۰ میلیون تن کربن شود. همچنین با وجود آنکه بیش از ۷۰ درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده‌است، تنها کمتر از ۳ درصد از آن آب شیرین است. از این مقدار ۷۹ درصد به قله‌های یخی و ۲۰ درصد به آب‌های زیرزمینی تعلق دارد و تنها ۱ درصد آن شامل دریاچه‌ها و چاه‌ها است که به راحتی به دست می‌آید که فناوری نانو تحول بخش‌های مختلف صنعت آب نظیر ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله آب، تصفیه آب، پساب و شیرین‌سازی آب را در بر می‌گیرد.

بازسازی، بازیافت، باز پایایی

نانو تکنولوژی تنها، فناوری خلق فضاهای جدید و خارق‌العاده نیست، بلکه تفکر پیشین بشر را نیز ترمیم و دوباره عرضه خواهد کرد. هر ساختمان باید به گونه‌ای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل برساند و در پایان عمر مفید خود، منبعی برای ایجاد سازه‌های دیگر به وجود بیاورد. اغلب منابع موجود در جهان در محیط مصنوع فعلی به کار گرفته شده‌اند و ترمیم و ارتقاء وضعیت ساختمان‌های فعلی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی، امری‌ست که از اهمیتی برابر با خلق سازه‌های جدید برخوردار است. این استفاده مجدد می‌تواند در مسیر استفاده از مصالح بازیافت شده شکل بگیرد، بازیافت ساختمان‌ها و عناصر درون آن بخشی از تاریخ معماری است. فرض کنید دوباره بتوانید در اکروپلیس، کلوسئوم یا تخت جمشید قدم بزنید و فضاها را به همان صورتی که ساخته شده و قابل استفاده بودند، لمس کنید.
در اغلب مواردی که دسترسی به منابع جدید به حداقل می‌رسد، روش‌هایی کشف می‌شوند که با آن‌ها می‌توان ساختمان‌هایی که برای یک منظور ساخته شده‌اند را برای مقاصد دیگر نیز بکار برد؛ با این حال بعضی تغییرهای ضروری می‌توانند باعث تغییر شکل اصلی سازه یا ساختمان شوند. نانوتکمی‌تواند با تغییر مصالح، تغییر کاربری و در نتیجه تغییر فضا را شامل شود. می‌توان با فناوری نانو عمر کلیسای جامع میلان وگنبد برونلسکیرا تضمین نمود و برج کج پیزا را صاف کرد.پوشش‌های نانویی ونانو روبات‌هااز ساده‌ترین نتیجه‌های نانو هستند که می‌توانند درک کنند یا به محیط اطرافشان واکنش نشان دهند. متریال‌هایی که در برابر حرکت، تغییراتی در آن‌ها رخ می‌دهد؛ حسگرهایی که روز به روز کوچکتر می‌شوند ونانو کامپوزیت‌هایی که خودشان را ترمیم می‌کنند.
بازسازی، اصلاحات و تعمیرات مواد و مصالح در سطح اتمی به‌طور موضعی و محلی دغدغه همیشگی جامعه مهندسی بوده‌است. پیشرفت‌های لیزری و نانوتیوب‌های نیروی اتمی  می‌توانند برای عرضه و فراهم‌سازی انرژی به‌طور مکانی و موضعی مورد استفاده قرار گیرند تا اتم‌ها را قادر سازند که به عقب برگردند و در جاهای درست خود و با انرژی کمتر در موقعیت‌های خود قرار بگیرند. این امکان وجود دارد تا نانو وصله‌ها (نانو تکه‌ها) یا نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند تا داخل آن‌ها پر شود یا به آن‌ها بخیه زده شوند.
با ورود مصالح جدید به تکنولوژی ساختمان، سازه‌هایی خواهیم داشت که تحت تأثیر تغییر آرایش (خودآرایی) اتم‌ها در مقیاس نانو، معایبی چون خورندگی‌های شیمیاییدر آن‌ها مفهومی نخواهد داشت؛ بنابراین پدیده‌هایی نظیر باران‌های اسیدی، مکانیزم‌های شیمیایی حین اجرا و ساخت و دمای هوا دیگر به عنوان عوامل مخرب و محدودکننده مطرح نخواهند بود.

نتیجه

نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی‌توان یافت. پیشرفت‌های پرشتابی که در این عرصه به وقوع می‌پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده‌است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی‌های بی‌بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته‌است و جهان و جامعه‌ای که در آینده‌ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت‌هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.
در عصر پسامدرن و دنیای در حال توسعه مبتنی بر فناوری، انرژی و دست‌یابی به منابع نامحدود و پاک در جهت حفظ و پایایی  این گهواره خاکی از بزرگ‌ترین چالش‌های بر سر راه جوامع بشری، سازمان‌های محافظ محیط زیست و دولت‌ها است. این امر نشانگر این است که تمام گروه‌های علمی، صنعتی، اجتماعی و فرهنگی موظف هستند تا با آگاه‌سازی، تبیین و تعیین راهکارها و روش‌های جوابگو برای اصلاح رویکردهای مصرف انرژی و در نهایت رسیدن به خواسته و هدف فعلی بشر یعنی پایایی  محیط زیست این کره خاکی گام بردارند.
فناوری نانو می‌تواند پاسخ مناسبی برای این امر خطیر باشد. با استفاده از این فناوری می‌توانیم منابع مختلفی، از نانو سلول‌های خورشیدیگرفته تا سلول‌های سوخت هیدروژنیو باتری‌های نانویی - که می‌توانند تا پنج برابر قوی‌تر، ده برابر مؤثرتر و میلیون‌ها بار فشرده‌تر و بهتر عمل کنند  را در اختیار داشته باشیم. فرآورده‌ها و محصولات نانو تکنولوژی می‌توانند در عرض چند روز طراحی و در عرض چند ساعت به نقاط مختلف دنیا توزیع شوند و این قابلیت وجود دارد که این محصولات را از پیش طراحی کرد.
نانوسرامیک‌های ضد باکتری و خود تمیز شونده که در پوشش‌های نهایی به صورت لعاب مورد استفاده قرار می‌گیرند و در استحکام بخشیدن نیز بسیار مؤثر هستند؛ چوب‌های کاملاً نسوز که از نظر عایق صدا (آکوستیک) و حرارتی بسیار قوی‌تر از چوب‌های فعلی می‌باشند و در عین حال از نظر ظاهری هیچ تفاوتی نمی‌کنند؛ شیشه‌های نازک، عایق، با مقاومت و سختی بسیار بالا و هوشمند در مقابل تغییرات جوی؛بتنهای با انعطاف‌پذیری بالا، سبک‌تر و محکم‌تر و در عین حال عایق در برابر آب و رطوبت و عبور دهنده نور طبیعی؛ و فولادهای مقاوم در برابر پوسیدگی و خوردگی و ... ؛ که تمامی این پدیده‌ها تنها چشم‌اندازهایی نزدیک و در دسترس از این فناوری را نمایان می‌کنند.
نانو الیاف‌های کربنی،لیفچه‌هاو دیگرنانومتریال‌ها، دیوارها و بام‌هایی را برای ما می‌سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده‌است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل بانانوسنسورها و کوانتومدات‌ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه‌هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می‌دهند یا در خود ذخیره می‌کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق
و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل‌پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماٌ با قابلیت‌های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آن‌ها را محدود نخواهد کرد.
بوسیله روش رسوب‌گذاری الکتریکیو در نتیجه داشتن پنجره‌های الکتروکرمیکحاوی نوار جذبی نوری می‌توان گرما را پراکنده کرده و خواص را بسته به محیط تغییر دهیم. با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، زمان و مکانی که بر شئ معماری مرتبط است - یعنی تاریخ و اصالت معماری - ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهند شد. در نتیجه فناوری نانو در عصر تله پورتیشن منجر به پیدایش مگاپولیس‌ها و فضاهای مجازی خواهد شد که در آن‌ها جوامع بشری تبدیل به محیط‌هایی کاملاُ برنامه‌ریزی شده خواهند شد. شهرهایی که دیگر نیازی به کابل‌های برق و لوله‌های توزیع گاز نخواهند داشت و هر بنا خود یک منبع انرژی خواهد بود در چنین جامعه‌ای تمامی مجموعه‌های روباتیک به گونه‌ای برنامه‌ریزی و طراحی می‌شوند که از هر نظر اعم از فرم، رنگ، بافت، چگالی و غلظت قابل تغییر و برنامه‌ریزی بوده، با یکدیگر و با انسان‌ها در ارتباط و کنش متقابل قرار می‌گیرند.
رفتار سازه‌ها و ساختمان‌ها کاملاً عملکردگرا و زمینه گرا می‌شوند. آن‌ها قادر خواهند بود که با انواع دما، جریان‌های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین‌شناسی و ... هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه‌ریزان طراحی به صورت داده‌های خام به ساختمان و سازه‌های آن داده می‌شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل مؤثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، با محیط سازگار شود.
اما این جا یک سؤال مطرح می‌شود که "نانو ساختارها چه می‌خواهد باشد؟" معماران معتقدند که ساختمان‌ها با آن‌ها صحبت می‌کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آن‌ها می‌گویند. ولی اگر ساختمان‌ها دارای هوش مصنوعی باشند، معمار چه وظیفه‌ای در قبال این ساختمان‌های هوشمند خواهند داشت؟
فضاهای آینده ممکن است هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشندو مصالح آن‌ها گامی فراتر از مصالح کنونی می‌باشند، زیرا که معیارهای محدودکننده آن نقشی در ساختمان‌های آینده نخواهد داشت. زمان ساخت و ساز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاوردهای فناوری نانو صنایع آینده را رقم خواهد زد. تغییر و تحولات در عرصه معماری، نقش پررنگ این فناوری را نشان می‌دهد. فناوری نانو نویدبخش فرم‌های جدید، عملکردهای تازه و ارتباط نوین بین مردم، ساختمان و محیط است.
نقش و عملکرد معماران در این شرایط، از بخش طراحی فراتر رفته و به شناسایی و چگونگی عملکرد سیستم‌ها –تحت اختیار کاربران آنها- سوق داده خواهد شد. زمانی که جوامع بشری به نقطه‌ای برسند که محیط پیرامون آن کاملاً تحت فرمان انسان قرار گرفته، در این صورت فعالیت یک معمار شکل کاملاً متفاوت از آنچه امروزه شاهد آن می‌باشیم به خود خواهد گرفت.
آرشیتکت‌ها به اقتضای حرفه‌شان، مشاوران بسیار خوبی می‌باشند و در کار گروهی عملکردی عالی دارند؛ و به همان صورتی که از گذشته تاکنون با صنعت‌گران و تولیدکنندگان همکاری و مشارکت داشته‌اند، این همکاری در آینده نیز به همین صورت تداوم خواهد یافت. با این تفاوت که اساس این تولیدات در آینده تولیدات مولکولی خواهد بود.
وجود محصولات نیمه رسانایی نظیر کوانتوم‌دات‌ها و چشمه‌های کوانتومی، پیش برنده مسایل زیست‌محیطی و اکو سیستم‌ها خواهند بود. منابع انرژی پایدار و تجدید شدنی گسترش خواهند یافت. فقدان شبکه‌های انرژی با مطرح شدن انرژی‌های برتر و انرژی پاک برطرف خواهد شد. فناوری نانو در حال حاضر پیشرفته‌ترین فناوری بشر است و اهمیت آن از نیروهای برتر هم به مراتب بیشتر است.
دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همکاری موسسهفناوری ایلینویزساختمان‌هایی را طراحی می‌کنند که در آن‌ها از نانومواد استفاده می‌شود. انتظار می‌رود این ساختمان‌ها طی ۲۰ سال آینده به‌طور انبوه ساخته شوند. این ساختمان‌ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله‌های کربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط کوانتومی و نانوسنسورهایی است که به همراه هم ساختمان‌هایی مستحکم‌تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند کرد. در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله‌ها، ساخت دیوارهای شفاف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممکن می‌کنند. به گزارش ایسنا با استفاده از نقاط کوانتومی می‌توان دیوارها و سقف‌های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یک کلید، ساخت. نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می‌کنند که در آن ساختمان‌ها دائما با محیط خود منطبق می‌شوند.
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می‌کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهم‌ترین آن هانانولوله‌های کربنیودی اکسید تیتانیومهستند، عموما" در سازه‌های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش‌ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان‌ها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخورداراست. نانو پوشش‌های ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می‌رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعه یو وی مقاوم می‌سازند. ایننانو پوشش‌هادر سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال،  سنگ معمولی، کاشی، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می‌روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیرکننده و خود تمیز شونده، شیشه‌های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل‌کننده انرژی و در نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ‌های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری‌ها به ساختمان‌های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده و به آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیرقابل کثیف شدن وفرسودگی می‌بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می‌توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه‌ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو بر این باورند که بعد از تولید ماشین‌های بخار، موتور و توسعه Iای تی، فناوری این علم افق‌های تازه‌ای را به دنیای انسان‌ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه‌ای کوچک کند که با دوباره‌سازی آن‌ها بتوان مواد وفنآوری‌های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.
برای مثال، گل رسوسرامیک را می‌توان به ابعاد نانو درآورده و به صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده و در محیطی خنثی مصالحی سخت ومقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده به وجود آورد.

فناوری نانو وپوشش‌های ساختمانی

نانو پوشش‌های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان‌ها ازجمله: سطوح شیشه‌ای، پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی، آجری، کاشی، سرامیکی، سیمانی و بتنی و... استفاده می‌شوند. در این سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست یا فوق آبگریزهستند واکنش‌ها بر روی سطح صورت می‌گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش‌ها ساختمان  آنتی باکتریال بوده و برای سلامتی انسان بی ضررهستند.

نانو پوشش‌های سنگ و چوب

این نانوپوشش‌های آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا،مواد ارگانیکیوغیرارگانیکیهستند و یکی از  پوشش‌های اصلی صنعت ساختمان به‌شمار می‌روند. نانو پوشش‌های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی‌ها را از سطح دفع می‌کنند. ضمنا" نانو پوشش‌های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش‌ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می‌باشند و با توجه به موارد مصرف  ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن‌ها فاز حامل آب والکل است وذرات آن‌ها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد مقاوم هستند.

مزیت‌ها

پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لک‌ها ازجمله؛ چربی‌ها وروغن‌ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آن‌ها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی‌ها.