مقالات

خود پاک کننده های فوتوکاتالیتیکی را می توان پرکاربردترین مواد با کارکرد نانو در حوزه معماری و ساخت و ساز دانست.

اثر اولیه خودپاک کننده ی فوتوکاتالیتیکی، کاهش چشمگیر میزان چسبندگی کثیفی بر روی سطح است. نکته مهم و قابل توجه آنکه واژه (خودپاک کننده) در این باب گمراه کننده است و بر خلاف آنچه در اذهان متبادر می شود، استفاده از این سیستم، نیاز به پاک کردن سطوح را به طور کامل مرتفع نمی سازد. با این حال، فاصله ی زمانی بین دوره های پاک کنندگی به طور قابل توجهی طولانی تر می شود واقعیتی که به ویژه به مقوله ی مدیریت تسهیلات مربوط می شود. در صورت استفاده از این سیستم ، نیاز به مواد شوینده کمتر خواهد بود و در نتیجه، آلودگی محیطی و پوسیدگی و پارگی مواد کمتر است. به همین ترتیب ، کاهش در سیکل پاک کنندگی، صرفه جویی در هزینه های پرسنلی را به دنبال دارد. این واقعیت که چسبندگی لکه ها و کثیفی ها کمتر می شود، بدان معناست که زدودن آن آسان تر خواهد شد.

به عبارت دیگر، خود پاک کننده ی فوتوکاتالیتیکی، راه حلی است که در آن نیاز کمی به نگهداری و تعمیر وجود دارد و روی هم رفته، بی دردسر است.

مزیت دیگر این خودپاک کننده، بهبود انتقال نور از شیشه و غشاهای نیمه شفاف است، خصوصا هنگامی که نور روز به خاطر کثیفی و چرب بودن سطح، به تیرگی می گراید. هزینه های انرژی نیز به تبع آن کاهش خواهد یافت.

برای عملیاتی کردن سیستم، وجود نور فرابنفش، اکسیژن و رطوبت هوا الزامی است. تراز نور فرابنفشی که در نور طبیعی روز وجود دارد، برای فعال سازی واکنش فوتوکاتالیتیکی کافی است. آلودگی های آلی موجود بر سطح ماده، به کمک کاتالیزوری که معمولا دی اکسیدتیتانیوم است، تجزیه می شود. ابعاد نانویی دی اکسیدتیتانیوم، از این ماده یک کاتالیزور بسیار واکنشی ساخته که بی آنکه مصرف شود، فرایند تجزیه را سرعت می بخشد.

از زمان کشف دی اکسیدتیتانیوم یا همان تیتانیوم سفید در سال 1908، از این ماده در همه ی انواع محصولات، از شوینده ها گرفته تا روکش سوسیس و کالباس، استفاده شده است. میزان موفقیت یک آزمایش کشت میکروب در آزمایشگاه، قابل سنجش با مقدار مصرف دی اکسیدتیتانیوم در آن است. در ابعاد نانویی، تیتانیوم سفید رنگ دیده نمی شود ولی شفاف است.

آغاز تولید سطوح خودپاک کننده به کمک فوتوکاتالیزیز، به ژاپن باز می گردد. در سال 1967، خاصیت فوتوکاتالیتیکی دی اکسیدتیتانیوم توسط ( آکیرافوجی شیما) در دانشگاه توکیو کشف شد. او در آن موقع به همراه استادش، گزارشی را پیرامون پدیده ای که ملقب به (اثرهندا-فوجی شیما) گردید، منشر ساخت. نخستین خانه ای که در آن از اثر خودپاک کنندگی استفاده گردید، خانه ی شخصی فوجی شیما است.

توتو، شرکت ژاپنی تولیدکننده ی کاشی، با همکاری دانشگاه توکیو، کاشی های فوتوکاتالیتیکی را تولید کرد که در سال 1994 به بازار عرضه گردید و تا به امروز، در ژاپن و کشورهای مختلف تحت لیسانس این کشور، به موفقیت خود ادامه داده است.

در دانشگاه توکیو، (کازوهیتو هاشیموتو) و ( توشیو واتانابه)، فوتوکاتالیزیز را با جزئیات بیشتری که شامل فرآوری ماده در برابر نور مرئی است، بررسی نموده اند. علاوه بر کاتالیزور، نور فرابنفش موجود در نور، با طول موج کمتر از 390 نانومتر برای وقوع واکنش ضروری است و شدت آن، نقش مهمی دارد.بدین ترتیب در حالت کلی، اثربخشی سطوح خودپاک کننده ی فوتوکاتالیتیکی در فضای بیرونی به مراتب بیشتر از فضای داخلی است. استفاده از این روش برای نمای ساختمان مسجل شده است.

خواص آب گریزی دی اکسیدتیتانیوم بعدها کشف شد. چنین سطوحی به دلیل افزایش انرژی سطح، آب دوست یا جاذب آب هستند. این بدان معناست که آب جاری شونده بر روی هر سطح شیب دار، به جای تشکیل قطرات آب، لایه ی آب تشکیل می دهد. این پوشش در مقایسه با سطوحی که دارای اثر نیلوفر آبی هستند، شفاف است و می توان آن را به طور نامرئی در شیشه استعمال کرد. پوشش های سطح فوتوکاتالیتیکی اغلب در پنل های نما که از شیشه یا سرامیک ساخته می شود، و نیز پرده ها استفاده می گردد. از آنجا که اثر خود پاک کنندگی بدون آب کار نمی کند، کنسول ها باید طوری طراحی شوند که جلوی رسیدن آب باران یا رطوبت به نما را نگیرند. در شیشه کاری نیز لازم است از به کارگیری آب بندهای سیلیکونی و سیلیکات ها اجتناب شود. روغن موجود در این ترکیبات، به شیشه منتقل می شود که با پوشش سطح سازگار نیست. این انتقال، سطح را تا اندازه ای آبگریز می کند و رگه های بد منظره ای را تشکیل می دهد. پوشش های فوتوکاتالیتیکی را باید در کنار درزگیرهای بدون سیلیکون به کار برد. به طور مشابه، از تماس با هرگونه شوینده های تشکیل دهنده ی لایه ( مانند پوشش های پر جلا) نیز باید اجتناب نمود.

یکی از کابردهای جالبی که پیش تر در نمونهی اولیه ی آزمایشی اجرا شده، استفاده از اثر خنک کنندگی آب تبخیر شونده است. سقف های برزنتی و فولادی و نیز پنجره های ارائه شده در یکی از غرفه های نمایشگاه تجاری در ژاپن (نمایشگاه اکسپو2005، آیچی، ناگویا)، با پوشش فوتوکاتالیتیکی دی اکسیدتیتانیوم پوشانده شده و در معرض جریان دائمی آب قرار گرفت. به خاطر آب دوست بودن سطح، بلافاصله لایه نازکی از آب تشکیل می شود و تحت فرایندی که با جذب گرما از محیط و کاهش قابل توجه دمای داخل همراه است، این لایه آب به سرعت تبخیر می گردد.

تخمین های اولیه، از کاهش 10 تا 20 درصدی انرژی در مقایسه با تهویع مطبوع مرسوم حکایت دارد. در ژاپن این کار را به طور سنتی، با پاشیدن آب بر روی زمین انجام می شود. در این حالت فن آوری نانو، ارائه دهنده ی یک همزیستی کامل بین سنت و فن آوری پیشرفته است.

منبع : نانو در معماری

گردآورنده: شرکت نیکاپاک