Công nghệ nano và ứng dụng công nghệ nano trong xây dựng

CNNN là một công nghệ mới nhất, mới nổi lên từ thập kỷ 1980, nghiên cứu đặc tính và quy luật vận động của điện tử, nguyên tử, phân tử, cho phép xử lý vật chất, vật liệu với kích thước dưới 100 nanomét. Thế nhưng ảnh hưởng của danh từ khoa học công nghệ mới mẻ này đối với các ngành các nghề trên thế giới thì không còn nghi ngờ gì nữa. Năm 1999 CNNN từng bước đi vào thị trường với doanh số sản phẩm nano cả năm đạt 50 tỷ đô la. Thời đại của nano đang tiến đến.
Vật liệu nano (VLNN) là cơ sở của CNNN. Do bốn hiệu ứng về kích thước nhỏ, đường hầm lượng tử, bề mặt và mặt tiếp xúc nên VLNN có nhiều đặc tính về điện, từ, quang, nhiệt, cơ học, xúc tác và sinh học v.v.... rất mới mẻ kỳ lạ. Vì vậy CNNN được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: điện tử, máy móc, sinh học, xây dựng,... CNNN đã trở thành công nghệ cơ bản của thế kỷ 21. Có thể nói nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật mới.
VLNN được phức hợp bằng hạt nano và một số vật liệu truyền thống đã trở nên quen thuộc, được sản xuất trên quy mô công nghiệp và thương phẩm hoá rộng rãi.
Có thể nêu ra một số ứng dụng của CNNN và VLNN trong lĩnh vực xây dựng như sau:

1. Ứng dụng VLNN trong lĩnh vực tường màn xây dựng:

- Kính cho thêm hạt nano của vật liệu nào đó sẽ có tính dẻo tốt và cường độ được nâng cao, khả năng xuyên sáng không bị ảnh hưởng, cản được tia tử ngoại, bức xạ sóng ngắn. Kính nano có thể thay thế kính truyền thống hoặc kính mạ tráng.
- Bột nano của một số vật liệu có thể dùng làm lớp sơn có khả năng tự làm sạch, không dính nước và dầu, chống bụi bẩn, chịu ma sát, chống gỉ, chống lão hoá. Nó có thể thay thế cho sơn tường màn hiện nay như florua cacbon tĩnh điện, mỡ polyamin, điện di,....
- Gốm sứ kết cấu nano có cường độ và tính dẻo cao gấp nhiều lần gốm sứ truyền thống, ngoài ra có tính năng chịu nhiệt, chịu ma sát, chống ăn mòn trong khi tỷ trọng chỉ bằng 2/5 sắt thép. Nó đã và đang được ứng dụng trong các ngành công nghiệp ở nhiều nước. Gốm sứ kết cấu nano và kính vi tinh thể nano sẽ thay thế đá tự nhiên trong lĩnh vực tường màn xây dựng.
- Nhôm cho thêm hạt nano của vật liệu nào đó sẽ có cường độ và tính dẻo tăng gấp hai lần. Đây là công nghệ quan trọng được các doanh nghiệp sản xuất tấm nhôm và vật liệu nhôm tường màn xây dựng áp dụng để nâng cao tính năng sản phẩm.
- Chất dẻo phức hợp nano có cường độ và tính dẻo tương đương thép, trong khi nó dễ gia công hơn thép, lại có khả năng chống tĩnh điện, cản tia tử ngoại, khó bị lão hoá, v.v... Hiện nay chất dẻo phức hợp nano đã và đang được ứng dụng rộng rãi tại Trung Quốc và nhiều nước khác. Cửa và tường màn xây dựng bằng chất dẻo phức hợp nano rất có thể sẽ thay thế cửa chất dẻo và cửa nhôm truyền thống.
- Vật liệu cách nhiệt nano, keo kết cấu silicon nano, keo dán nano v.v... nâng cao các tính năng của tường màn xây dựng.
Vật liệu phức hợp nano và CNNN sẽ ảnh hưởng sâu sắc tới vật liệu hình nhôm, tấm nhôm, kính, vật liệu hình chất dẻo, đá tự nhiên, gốm sứ, keo dán, keo kết cấu, v.v... trong ứng dụng vào tường màn xây dựng.

2. Ứng dụng công nghệ nano vào khuôn đúc vật liệu xây dựng:

Trong kỹ thuật chế tạo khuôn đúc hiện nay, kỹ thuật cắt bằng tia lửa điện cho hiệu quả cao tuy vậy không được ứng dụng rộng rãi do không phù hợp với khuôn đúc bằng thép thông thường, khuôn đúc gốm sứ, khuôn rót nhựa,... Vì vậy, cần phải phát triển ngành sản xuất khuôn đúc. Nếu dùng VLNN làm khuôn đúc thì có thể giải quyết được những khó khăn kỹ thuật khó khắc phục khi chế tạo trước đây như nứt chân chim, biến dạng v.v... khuôn không bị rạn nứt trong quá trình thi công. Khuôn đúc bằng VLNN sẽ có độ dẻo nhỏ, độ cứng, độ sáng bóng bề mặt cao, tuổi thọ và độ chính xác của khuôn đúc tăng.
Áp dụng CNNN có thể dùng khuôn đúc để sản xuất các linh kiện tinh xảo với độ chính xác cao, thể tích nhỏ, bề mặt linh kiện nhẵn bóng, không đòi hỏi gia công tinh.

3. Ứng dụng CNNN trong sản xuất sơn xây dựng kiểu mới:

Những nhược điểm của sơn xây dựng truyền thống như: Tính chống ô nhiễm bên ngoài kém; không bền màu; kém chịu tác động của khí hậu; bay hơi nhiều chất hữu cơ làm ô nhiễm không khí sẽ được khắc phục nhờ ứng dụng CNNN.
VLNN nâng cao tính chịu tác động khí hậu của sơn. Những nghiên cứu thử nhiệm cho thấy ôxit titan có thể cản tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời, do vậy đưa VLNN đã qua xử lý vào sơn có thể nâng cao độ cứng của màng sơn, sự bền chắc, tính ổn định... của sơn, từ đó nâng cao tính chịu tác động khí hậu.
VLNN giúp cho sơn bền màu hơn. Các màu sắc của sơn không thể tách rời yếu tố tạo màu là vữa màu. Vữa màu hữu cơ có màu sắc phong phú, ứng dụng rộng rãi. Việc cho thêm VLNN ổn định ánh sáng vào vữa màu hữu cơ sẽ giúp vữa màu không bị thay đổi màu sắc, giữ cho màu luôn tươi sáng, phát huy đầy đủ tính gợi cảm của sơn.
VLNN nâng cao khả năng chống bẩn và chống thấm của sơn. Cho thêm VLNN vào sơn xây dựng truyền thống thì tính năng này sẽ tăng gấp nhiều lần. Nước sẽ đọng thành giọt nhỏ rồi nhanh chóng chảy tuột đi trên bề mặt sơn, như vậy tạp chất trong nước không bám lại trên bề mặt, giảm bớt ô nhiễm của nước đối với sơn.
VLNN giúp sơn bền chắc khi bị chà xát tẩy rửa. VLNN giúp tăng độ cứng màng sơn, kéo dài cường độ, tính năng chống thấm và chống dây bẩn của sơn nên số lần chịu tẩy rửa rất cao, có thể dùng nước cọ rửa vết bẩn trên bề mặt sơn.
VLNN tạo cho sơn công năng chống khuẩn. VLNN đã qua xử lý bề mặt kết hợp với nhựa axeton nguyên chất tạo nên loại sơn nano có khả năng diệt trực khuẩn đại tràng, cầu khuẩn, hiệu quả kháng khuẩn trong 24 giờ đạt tới 99,9%. Sơn làm sạch không khí trong phòng, thời gian kháng khuẩn của nó kéo dài đến 5 năm.
Ứng dụng VLNN là một trong những biện pháp nâng cao tính năng của vật liệu sơn truyền thống. Cần phải triệt để tận dụng các đặc tính của VLNN, ứng dụng chúng hợp lý, đẩy mạnh ứng dụng VLNN trên quy mô công nghiệp, tạo điều kiện để CNNN phục vụ sự nghiệp xây dựng một cách thiết thực.

4. Ứng dụng VLNN trong công trình xây dựng:

Ngôi nhà đầu tiên ứng dụng CNNN được xây dựng tại thành phố Sydney (Ôxtrâylia) đã thu hút được sự quan tâm của nhiều tổ chức thương mại và phi thương mại trên thế giới. Ngôi nhà có khả năng tự bảo dưỡng, môi trường hoạt động có năng suất cao và chi phí bảo trì thấp. Mái nhà bằng kim loại được sơn phủ thêm lớp vật liệu nano có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ của nó để cân bằng môi trường khí hậu trong nhà.
Tương tự như vậy, các bức tường đều được gắn cảm biến nano do vậy nhiệt độ phòng có khả năng tự điều chỉnh tăng giảm tuỳ theo thời tiết. Bề mặt bệ bếp được làm bằng ôxit titan khi bị bẩn sẽ tự làm sạch ngoài ra còn có thể ngăn chặn vi khuẩn nấm mốc. Gạch men phòng tắm được phủ lớp vật liệu nano chống sự đóng váng của bọt xà phòng. Các bộ phận kết cấu được lắp linh kiện cảm ứng để giám sát khả năng chịu lực, sự biến dạng, lún, nứt rạn, ăn mòn.... giúp xử lý chúng kịp thời.
Hệ thống chất dẻo nano gồm 4 lớp: Lớp trang trí ngoài cùng, sau đó đến lớp cung cấp điện, lớp gắn chíp điện tử để nhận biết sự thay đổi của môi trường bên ngoài, tiếp nhận và truyền sóng viba điều tiết âm thanh; lớp trong cùng dự trữ và cung cấp nước sinh hoạt.
Cửa sổ mái lắp kính quang hợp ánh sáng sẽ hấp thụ phần lớn nhiệt năng và phản xạ ra ngoài nên không gây cảm giác bức xạ nhiệt, lớp kính luôn ở trạng thái mát mẻ. Cửa kính phủ lớp ôxit titan chống được sự bám của bụi bẩn. Cửa còn có bộ lọc tia cực tím và lớp màng chất dẻo hạt nano trong suốt cản nhiệt mạnh và điều khiển ánh sáng. Khi bật tivi, cửa sổ sẽ tự động tối lại để người xem tivi không bị chói mắt. Lúc trời quá nắng rèm cửa được điều khiển bằng động cơ sẽ tự động hạ xuống.
CNNN với những bước phát triển vượt bậc đang được ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng nhà ở nhằm tạo ra những ngôi nhà thông minh, tự xử lý các tình huống như một thực thể sống.
Các công trình thể thao phục vụ Đại hội thể thao Olympic sẽ được tổ chức tại Bắc Kinh Trung Quốc vào năm 2008 cần đáp ứng được những yêu cầu cao về tính bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng của vật liệu được sử dụng trong xây dựng chúng. Vì vậy các nhà xây dựng Trung Quốc đã lựa chọn loại sơn nano để sơn tường và sàn cho nhà thi đấu ở Bắc Kinh - một công trình quan trọng phục vụ cho Đại hội thể thao này. Hội đồng nghiệm thu đã đánh giá rất cao chất lượng của tường và sàn công trình được sơn loại sơn nano nói trên, mở ra một triển vọng mới cho việc sử dụng rộng rãi sơn nano trong xây dựng các công trình thể thao hiện đại.
Việc ứng dụng CNNN và VLNN trong lĩnh vực xây dựng chắc chắn sẽ đem lại cho công trình những chất lượng mới với những tiến bộ vượt bậc.