نانوشیشه

قسمت عمده شیشه‌های مصرفی در صنعت ساخت وساز ساختمان درساخت درب و پنجره به کار میرودو به دلیل ماهیت و محل قرارگیری آن‌ها بیشترین اتلاف انرژی از طریق آن‌ها اتفاق می‌افتد. شکل، جنس واندازه پنجره در سالهای اخیر به دلیل پیشرفت تکنولوژی تغییرات زیادی یافته‌است. امروزه به دلیل گران بودن انرژی و کمبود آن کارشناسان می‌کوشند تا با کاهش مساحت درب و پنجره از هدر رفتن انرژی پیشگیری کنند. صنعت شیشه در اروپا سهم عمده‌ای از بازار جهانی را به خود اختصاص داده است و هر ساله نیز به واحدهای تولیدی آن‌ها افزوده می‌شود. پنجره هابه دلیل ماهیت نور گذر بودن و تامین نور فضاهای داخلی بنا و ضمن تامین دید در مقابل شرایط نامساعد جوی نیز پایدار می‌باشند. اما شیشه به دلیل خاصیت شکنندگی بسیار زیاد نیاز به نگهداری بالایی دارد. همچنین تولید شیشه نیازمند سرمایه زیاد است. در سالهای اخیروبا پیدایش فناوری نانو انقلابی بزرگ در کلیه صنایع و از جمله صنعت ساختمان به وجودآمد و شیشه هم از نظر مقاومت و هم از نظر عبور نور و دما تغییرات بسیار زیادی نمود. در این میان فناوری نانو به کمک مهندسان آمد وباعث تغییرات شگرفی در صنعت ساختمان وصنایع وابسته شد.
از شیشه‌های تولید شده با روش نانو تکنولوژی می‌توان به شیشه‌های خود تمیز شونده،کنترل‌کننده، محافظ آتش و غیره را نام برد.
شیشه دارای انواع گوناگونی است که عبارتند از:
شیشه خود تمیز شونده:
از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم در ساخت شیشه‌های خود تمیز شونده استفاده می‌شود. این نمونه از شیشه‌ها خاصیت ضدلک و ضدعفونی کنندگی را داراهستند. ساخت شیشه‌های خود تمیزشونده که حتی مشکل تمیزکاری پنجره‌ها بخصوص در ساختمان‌های بلند را از میان برمی‌دارد، با کمک فناوری نانو حاصل شده‌است. عامل کثیفی و لک بر روی شیشه فرورفتگیهای میکروسکوپی در سطح شیشه و نشست ذرات گردوغبار و ترکیب آن‌ها با آب و چربیها می‌باشد. ماده نانوئی دی‌اکسید تیتانیوم با قرار گرفتن بر روی سطح شیشه، باعث پوشش فرورفتگی‌ها شده و سطح شیشه کاملا مسطح می‌گردد. از اینرو مانع از کثیف و خیس شدن سطح می‌شود و در نتیجه با یک بار بارش باران یا آب ریختن بر روی سطح تمامی کثیفی آن از بین می‌رود.
ازویژگی‌های شیشه خود تمیز شونده می‌توان به
پس زدن آب و روغن از روی شیشه
عدم چسبیدن آلودگی و کثیفی بر روی شیشه،
پاک شدن آلودگی بوسیله آب باران،
مقاومت در برابر رسوب،
مقاومت در برابر خوردگی،
افزایش استحکام و خش افتادگی،
جلوگیری از تشکیل اثر انگشت،
روشن‌تر و شفاف‌تر شدن شیشه تا ۲۰٪،
یکنواخت‌تر شدن سطح شیشه تا ۳۰٪،
افزایش دید از طریق شیشه در شرایط بد آب و هوایی،
تمیز باقی ماندن شیشه تا مدت زمان طولانی،
ضدانعکاس شدن شیشه رامیتوان برشمرد.
شیشه‌های ضدانعکاس
علم فیزیک ثابت کرده‌است که امواج تابیده شده به سطوح بسته به نوع زاویه تابش آنهاو مقدار شفافیت سطوح به سه قسمت تقسیم می‌شوند: مقداری از امواج پس از برخورد منعکس، مقداری جذب و مقداری نیز از سطح عبور می‌کنند. در علم معماری باز تابش نور از سطوح شفاف پدیده‌ای نامناسب است و باعث افت کیفیت فضا می‌شود. به همین دلیل متخصصین فعال در حوزه نانو تکنولوژی با وارد کردن این پدیده در صنعت ساخت شیشه، تلاش می‌کنند تا بازتابهای نامطلوب شیشه را به حداقل برسانند. مقدار عبور، نورازمیان اجسام مانند شیشه وپلاستیک که بخشی ازنور برخوردکرده به خودرا منعکس می‌کنند، به مقدار بازتاب آن مواد بستگی دارد. دربهترین حالت شیشه اجازه می‌دهد حداکثر ۹۰٪نورتابیده شده عبورکند و این عامل به سبب تفاوت ضریب شکست شیشه وهوای مجاور رخ می‌دهد پس مهمترین عامل دربروزاین پدیده ضریب شکست محیطها می‌باشد. کاربرد شیشه‌های ضدانعکاس درطراحی داخلی وکارکردهای تزئینی ونمایشی مانند کابینت بیشتراست. یک لایه ازاین شیشه‌های چندلایه رادرمحلولی فرومی برند تا محصول شیشه‌ای با قابلیت عبور دادن طیف گسترده‌تری ازامواج نوری به دست آید. در این شیشه‌ها ضریب شکست نور برای بیرونی‌ترین لایه کم بوده وبادقت مشخص می‌شودوضخامت این لایه بیرونی حائز اهمیت است ومی توان این لایه را تا ضخامت ۱۵۰ نانومترانتخاب کرد. اگر این عملیات به دقت صورت گیرد و لایه بیرونی شیشه به نحو استاندارد روکش شودسهم پرتوی بازتابیده شده نسبت به امواج برخورد کرده باشیشه از ۳۰درصد به ۱ درصد کاهش خواهدیافت. درتولیدسنتی شیشه‌های ضدانعکاس نقاط ضعفی وجودداردازقبیل :محدودشدن محدوده طیفی نور عبورکننده ازشیشه وعملیات پیچیده وپرهزینه که در این میان نانو مواد می‌تواند این مشکل را حل کند. این شیشه‌ها توانایی افزایش میزان عبور نور خورشید را دارند که در نتیجه استفاده از تکنولوژی نانو به دست آمده‌است. از روش‌های اقتصادی در تولید این نمونه از شیشه هامطالعه و استفاده از طبعت و موجودات آن همچون شب پرگان است. مطالعه و تحقیق بر روی ساختار چشم این پرندگان نشان می‌دهد که سیستم چشم این نوع از پرندگان نور کمتری را بازتاب می‌کنند. بااستفاده ازروشهای شبیه منبت کاری گرم می‌توان شفافیت دیداری شیشه را تابش از ۹۷٪ وشفافیت پلاستیکها راتابیش از ۹۹٪ ارتقاء داد وعلاوه بر بهبود خواص عدم انعکاس شیشه ویژگی‌های ضدالکتریسیته ساکن ودفع کثیفی آن نیز بهبود پیدا می‌کند.
برای تولید شیشه‌های ضد انعکاس دوروش موجود است:۱-کشیدن یک لایه پوشش ضد انعکاس که شامل انواع ذرات سلیس دراندازه‌های مختلف است. ذرات بزرگتر برای تولید ساختار لایه‌ای می‌باشندوذرات کوچکترمقاومت مکانیکی راایجادمیکنند. میزان پرتوهای نوربازتاب یافته شده ازسطح این شیشه‌ها درحدود ۱ درصد وحجم ان بیش از ۹۹ درصد است. ۲-باکمک پوششهای چندلایه‌ای ازمواد نیمه ژلاتینی تولید می‌شوند. شیشه‌هادر این روش با آب وذرات آلی خیس شده و قابل تمیز شدن هستند وزاویه ریزش آب به این شیشه هابیش از ۸۰ درجه است. وخصوصیات دیگراین شیشه‌ها زاویه برخورد پرتوباشیشه است که، تاثیر زیادی بر نحوه انعکاس یاعبور آن نمی‌گذارد و به ازای زاویه تماس از صفرتا ۷۵ درجه است. و در میزان انتقال پرتوها از شیشه‌ها تنها بین ۵ تا ۸ درصد تغییر به وجود می‌آید.
شیشه‌های ضد آفتاب
بیشترین شیشه‌هایی که در نمای ساختمان استفاده می‌شوند شیشه‌های ضد آفتاب هستند که با خاصیت فتوکرومیک ساخته می‌شوند. در این روش تولید شیشه به چهار روش امکانپذیر است :۱-پوششهای که به طیف خاصی ازامواج حساسند این پوششهابه صورت نوارهای باریک هستند. این خاصیت شیشه را دربرابر فرکانس‌های ناخواسته فروسرخ که سبب گرم شدن محیط می‌کند مقاوم ساخته است. البته این خاصیت باعث می‌شود که ساختمان انرژی گرمایی کمتری از نور خورشید داشته باشدواین خاصیت با معماری پایدار کمی مغایراست البته با راهبردهایی می‌توان نوعی سازگار عایق بندی حرارتی برابرسرراه نور خورشید قراردادتاساختمان از کسب نور کافی محروم نشود. ۳- در این روش که به فتوکرومیک معروف گشته شیشه باافزایش جذب خود به تغییرات شدت نور واکنش نشان می‌دهدودیگر روش استفاده از پوششهای الکتروکرومیک است. همه این روش‌ها با کاهش مصرف انرژی موردنیاز برای سرمایش ساختمان مورداستفاده قرار می‌گیرند.
شیشه‌های ضد آتش
این نوع از شیشه را با قرار دادن نانو ذرات سیلیس در وسط دو شیشه می‌سازند. شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی سبب کاهش عبور امواج ماورای بنفش و مادون قرمز، و تنظیم عبور نور مرئی و هم چنین جلوگیری از اتلاف انرژی در بخش‌های مختلف و استفاده بهینه انرژی در ساختمان شده‌است. این شیشه به مقاوم ساختن ساختمان در برابر حوادث و عمر طولانی ساختمان کمک می‌کند.
زمینه‌های دیگر در استفاده از محصولات نانو شیشه تولید وجمع‌کننده‌های انرژی خورشیدی است. درنانو شیشه‌های بکاررفته در این جمع‌کننده‌هاطیف امواج نورانی امکان عبور راداشته وبنابراین حداکثر بازدهی وبیشترین مقدارتولید انرژی راممکن می‌سازد. برخلاف شیشه‌های قدیمی زاویه برخورد نور باشیشه تاثیر مثبتی برانتقال آن ازمیان شیشه خواهد داشت و این قسمت‌ها وابستگی کمتری به جهت وزاویه تابش دارد ومی توان در فصلهای مختلف سال ازکارایی مشابهی برخوردارباشند.
فناوری اپتو-الکترویک:حوزه‌ای ازدانش است که براساس نانوذرات شکل گرفته‌است وابعادومشخصه‌های اپتیکی، شیمیایی، فیزیکی آن به دقت کنترل می‌گردد. ذرات نانو کوچکترازطول موج امواج مرئی هستند؛ که تولیدکننده روشی جدیدوخلاقانه است این ساختار جدید تشکیل شده از ریزذرات به شکل توپهای بزرگ دی‌اکسید سیلیکون درحدود ۳۰ تا ۵۰ نانومتر است.
شیشه‌های فتو کرومیک
این نوع از شیشه‌ها در صورتی که در معرض تابش نورهای دارای امواج الکترو مغناطیس قرار گیرند مقدار عبور نور از آن‌ها کاهش یافته و در صورتی که اشعه‌های تابیده شده قطع گردد شیشه به حالت اول بر می‌گردد. مواد و ترکیبات به کار رفته در ساخت این شیشه‌ها عبارتند از نقره، فلوئور، کلر، یدو برم. این نوع از شیشه‌ها در صنایع عینک و قسمتهایی از ساختمان که در برابر نور شدید خورشید قرار دارند اما از درون نیاز به نور ملایمی دارند استفاده می‌شود.