پوشش ها ی نانو:
پوشش های شامل نانو ذرات یا نانو لایه ها برای اهداف به خصوصی به وجود آمده اند. در واقع این پوشش ها یکی از کاربردهای اصلی در تکنولوژی نانو در ساختمان سازی می باشند. به عنوان مثال پوشش دی اکسید تیتانیم به وسیله واکنش کاتالیتیکی قوی می تواند آلودگی های آلی را شکسته و متلاشی کند[1]. عملکرد فتوکاتالیتیکی شامل دو فرایند هم¬زمان با شیوه¬های عمل متفاوت می¬باشد: 1- فرایند فتوشیمی که در آن انرژی به وسیله¬ی تابش فراهم می¬شود. 2- فرایند کاتالیتیکی که بر روی سرعت واکنش تاثیر می¬گذارد. در واقع فتوکاتالیست دی اکسید تیتانیم با جذب تابشی که انرژی آن بیشتر یا برابر با شکاف انرژی آن است، باعث برانگیخته شدن الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش می شود. در نتیجه حفره
هایی در نوار ظرفیت ایجاد خواهند شد. بعد از برانگیختگی، الکترون و حفره¬ی جدا شده ممکن است وارد چندین مسیر متفاوت شوند. با مهاجرت الکترون ها و حفره ها به سطح دی اکسید تیتانیم، انتقال الکترون به مواد آلی یا معدنی که جذب سطحی شده اند و یا حلال صورت
گیرد. همچنین انتقال الکترون می تواند از مواد آلی یا معدنی که جذب سطحی شده اند و یا حلال به سطح دی اکسید تیتانیم صورت گیرد. در نتیجه ی این جابه جایی الکترون، واکنش های کاهش و اکسایش بر روی سطح فتوکاتالیست انجام می شود. باید به این نکته اشاره کرد که در فتوکاتالیست ها هر چه اندازه ی ذرات کوچک تر باشد، چون سطح فعال فتوکاتالیست بیش¬تر می¬شود، بنابراین، این فتوکاتالیست ها فعال تر از فتوکاتالیست هایی با اندازه ی ذرات بزرگ تر عمل می نمایند [5].به دلیل آب دوست بودن اکسید تیتانیم،آب روی سطح این پوشش به صورت یکنواخت پخش شده و باعث زدودن آلودگی های متلاشی شده از سطح آن می گردد [1]. شکل 1 مکانیزمی از عملکرد فتوکاتالیست را نشان می دهد [6].
4- شیشه و آیینه ضد مه / ضد بخار :
قرار دادن یک سطح خنک در یک محیط گرم تر موجب ایجاد مه می شود . این اثر غیر قابل اجتناب است ، مگر اینکه سطح مورد نظر گرم شود . تشکیل مه در اثر ایجاد قطرات کوچک روی سطح آیینه ای است که موجب انعکاس ذره ای نور می شود . یک سطح ابرآبدوست می تواند تا یک حد معینی از تشکیل این قطرات کوچک جلوگیری کند. این قطرات به سادگی با هم ادغام شده و یک لایه نازک آب را روی سطح آینه ای ایجاد می کنند که در این حالت، انعکاس پذیری سطح تغییر چندانی نمی کند.
زمانی که روکش های فتوکاتالیزوری دی اکسید تیتانیوم در معرض مقدار مناسبی نور ماورای بنفش قرار گیرند ، ابرآبدوست می شوند و این در حالی است که پدیده فوتوکاتالیزوری اکسیدتیتانیوم (TiO2) اثری کاملاً شناخته شده است و بسیاری از جزئیات سازوکار آن تاکنون بررسی شده است. با توجه به وابستگی فعالیت نانوذرات اکسید تیتانیوم به مساحت سطحی در دسترس و قطر ذره ، این نانوذرات در زمره جالب توجه ترین سیستم ها به شمار می آیند.
یکی از تحولات فناوری نانو استفاده از پوشش های ضد مه و ضدغبار در آینه و شیشه‌های خودرو است. آینه ها و شیشه های فعالی که همواره تمیزند و به کمک نانوموادی که از نور خورشید برای تسریع فعالیتشان استفاده می کنند، عمل می کنند. قطرات بخار آب هرگز روی سطح آینه ها به صورت قطره جمع نمی شود بلکه به واسطه خصوصیت فوق آبدوستی سطح سریعاً روی سطح پخش شده و یک لایه سنگین آب روی سطح ایجاد می کند. این لایه به واسطه افزایش تدریجی وزن تمایل به سقوط دارد. در این کاربرد خاصیت آبدوستی شیشه توسط دو لایه SiO2 و TiO2 ایجاد می‌شود. ترکیب SiO2 در لایه خارجی قرار دارد و کشش سطحی بین آب و شیشه را کم می کند. TiO2 در لایه داخلی قرار دارد و نور خورشید را جذب نموده و مواد آلی را متلاشی می کند. با توجه به ساز و کار ذکر شده این لایه از خود خاصیت خودتمیزشوندگی نشان می‌دهد. با به کارگیری این نانو ذرات در شیشه و آینه خودرو سطح این دو مه آلود نمی شود و دید به جلو و عقب خودرو کامل است. پوشش‌‌های ابرآبدوست چندلایه‌‌ای ضد مه و ضد بازتابش در شکل نشان داده شده است. لایه‌‌های متناوب پلیمر و نانوذرات سیلیس (که گروه‌‌های هیدروکسیل به سطح آنها متصل شده‌‌اند) پوشش فوق آبدوستی را ایجاد می‌کنند که قابل استفاده بر روی شیشه و دیگر مواد است. این پوشش در مقیاس نانو ناهموار است؛ اما هیدروکسیل شدیداً آب‌دوست بوده، به حفرات نانویی موجود در لایه‌‌های چندگانه کمک می‌‌کند تا همانند یک اسفنج، آب را جذب و در همان لحظه دفع کنند.
پوشش های شامل نانو ذرات یا نانو لایه ها برای اهداف به خصوصی به وجود آمده اند. در واقع این پوشش ها یکی از کاربردهای اصلی در تکنولوژی نانو در ساختمان سازی می باشند. به عنوان مثال پوشش دی اکسید تیتانیم به وسیله واکنش کاتالیتیکی قوی می تواند آلودگی های آلی را شکسته و متلاشی کند[1]. عملکرد فتوکاتالیتیکی شامل دو فرایند هم¬زمان با شیوه¬های عمل متفاوت می¬باشد: 1- فرایند فتوشیمی که در آن انرژی به وسیله¬ی تابش فراهم می¬شود. 2- فرایند کاتالیتیکی که بر روی سرعت واکنش تاثیر می¬گذارد. در واقع فتوکاتالیست دی اکسید تیتانیم با جذب تابشی که انرژی آن بیشتر یا برابر با شکاف انرژی آن است، باعث برانگیخته شدن الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش می شود. در نتیجه حفره
هایی در نوار ظرفیت ایجاد خواهند شد. بعد از برانگیختگی، الکترون و حفره¬ی جدا شده ممکن است وارد چندین مسیر متفاوت شوند. با مهاجرت الکترون ها و حفره ها به سطح دی اکسید تیتانیم، انتقال الکترون به مواد آلی یا معدنی که جذب سطحی شده اند و یا حلال صورت
گیرد. همچنین انتقال الکترون می تواند از مواد آلی یا معدنی که جذب سطحی شده اند و یا حلال به سطح دی اکسید تیتانیم صورت گیرد. در نتیجه ی این جابه جایی الکترون، واکنش های کاهش و اکسایش بر روی سطح فتوکاتالیست انجام می شود. باید به این نکته اشاره کرد که در فتوکاتالیست ها هر چه اندازه ی ذرات کوچک تر باشد، چون سطح فعال فتوکاتالیست بیش¬تر می¬شود، بنابراین، این فتوکاتالیست ها فعال تر از فتوکاتالیست هایی با اندازه ی ذرات بزرگ تر عمل می نمایند [5].به دلیل آب دوست بودن اکسید تیتانیم،آب روی سطح این پوشش به صورت یکنواخت پخش شده و باعث زدودن آلودگی های متلاشی شده از سطح آن می گردد [1]. شکل 1 مکانیزمی از عملکرد فتوکاتالیست را نشان می دهد [6].
4- شیشه و آیینه ضد مه / ضد بخار :
قرار دادن یک سطح خنک در یک محیط گرم تر موجب ایجاد مه می شود . این اثر غیر قابل اجتناب است ، مگر اینکه سطح مورد نظر گرم شود . تشکیل مه در اثر ایجاد قطرات کوچک روی سطح آیینه ای است که موجب انعکاس ذره ای نور می شود . یک سطح ابرآبدوست می تواند تا یک حد معینی از تشکیل این قطرات کوچک جلوگیری کند. این قطرات به سادگی با هم ادغام شده و یک لایه نازک آب را روی سطح آینه ای ایجاد می کنند که در این حالت، انعکاس پذیری سطح تغییر چندانی نمی کند.
زمانی که روکش های فتوکاتالیزوری دی اکسید تیتانیوم در معرض مقدار مناسبی نور ماورای بنفش قرار گیرند ، ابرآبدوست می شوند و این در حالی است که پدیده فوتوکاتالیزوری اکسیدتیتانیوم (TiO2) اثری کاملاً شناخته شده است و بسیاری از جزئیات سازوکار آن تاکنون بررسی شده است. با توجه به وابستگی فعالیت نانوذرات اکسید تیتانیوم به مساحت سطحی در دسترس و قطر ذره ، این نانوذرات در زمره جالب توجه ترین سیستم ها به شمار می آیند.
یکی از تحولات فناوری نانو استفاده از پوشش های ضد مه و ضدغبار در آینه و شیشه‌های خودرو است. آینه ها و شیشه های فعالی که همواره تمیزند و به کمک نانوموادی که از نور خورشید برای تسریع فعالیتشان استفاده می کنند، عمل می کنند. قطرات بخار آب هرگز روی سطح آینه ها به صورت قطره جمع نمی شود بلکه به واسطه خصوصیت فوق آبدوستی سطح سریعاً روی سطح پخش شده و یک لایه سنگین آب روی سطح ایجاد می کند. این لایه به واسطه افزایش تدریجی وزن تمایل به سقوط دارد. در این کاربرد خاصیت آبدوستی شیشه توسط دو لایه SiO2 و TiO2 ایجاد می‌شود. ترکیب SiO2 در لایه خارجی قرار دارد و کشش سطحی بین آب و شیشه را کم می کند. TiO2 در لایه داخلی قرار دارد و نور خورشید را جذب نموده و مواد آلی را متلاشی می کند. با توجه به ساز و کار ذکر شده این لایه از خود خاصیت خودتمیزشوندگی نشان می‌دهد. با به کارگیری این نانو ذرات در شیشه و آینه خودرو سطح این دو مه آلود نمی شود و دید به جلو و عقب خودرو کامل است. پوشش‌‌های ابرآبدوست چندلایه‌‌ای ضد مه و ضد بازتابش در شکل نشان داده شده است. لایه‌‌های متناوب پلیمر و نانوذرات سیلیس (که گروه‌‌های هیدروکسیل به سطح آنها متصل شده‌‌اند) پوشش فوق آبدوستی را ایجاد می‌کنند که قابل استفاده بر روی شیشه و دیگر مواد است. این پوشش در مقیاس نانو ناهموار است؛ اما هیدروکسیل شدیداً آب‌دوست بوده، به حفرات نانویی موجود در لایه‌‌های چندگانه کمک می‌‌کند تا همانند یک اسفنج، آب را جذب و در همان لحظه دفع کنند.
