کاربرد فناوری نانو در صنعت سفال و سرامیک قسمت 3 (پایانی)

در قسمت اول کاربرد فناوری نانو در صنعت سفال و سرامیک با تعریف نانومواد و فناوری نانو آشنا شدیم. همچنین با تعدادی از کاربردهای نانومواد در بدنه‌ی اصلی سفال و سرامیک آشنا شدیم. در قسمت دوم به برخی از کاربردهای نانومواد در پوشش سطحی سفال و سرامیک پرداختیم که شامل این موارد بود: نانوذرات در سرامیک‌های دوران رنسانس و سفال‌های زرین‌فام در دوره عباسیان، ایجاد رنگ‌های متفاوت و منحصر به فرد با نانوذرات و خاصیت نورتابی.

الان به ادامه کاربرد فناوری نانو در لعاب و پوشش سطحی سفال و سرامیک می‌پردازیم.

نانوپیگمنت‌های سرامیکی

یکی از راه‌های تزئین سرامیک‌ها، پیگمنت‌های سرامیکی است. پیگمنت‌های سرامیکی رنگدانه‌هایی معدنی‌اند که در لعاب‌ها و اشیای سرامیکی، کاشی و غیره استفاده‌ می‌شوند. به تازگی از پیگمنت‌های سرامیکی نانو استفاده‌ می‌شود.

استفاده از نانوذرات عملکرد پیگمنت را بهتر‌ می‌کند. نانوپیگمنت‌های سرامیکی به دلیل مساحت سطح زیادشان پوشش سطحی بیشتر دارند و پراکندگی را بهبود‌ می‌دهند. حوزه جدیدی که در تزئین سرامیک وجود دارد، تزئین با پرینت جوهرافشان (INK-JET PRINTING) است. نانوپیگمنت‌ها در این حوزه مشکلات پیگمنت‌های میکرونی (گرفتگی نازل و پراکندگی ناپایدار) را ندارند.

نانوپیگمنت‌های سرامیکی رنگ‌های شدیدتری نسبت به پیگمنت‌های میکرو‌ می‌دهند. نانوپیگمنت‌های بر پایه میکا حالت مرواریدی به اجسام‌ می‌دهند.

مهم‌ترین مشکل نانوپیگمنت‌ها این است که هرچه جسم پودری‌تر باشد، مساحت سطح بیشتر است و سخت‌تر مخلوط‌ می‌شود و احتمال تجمع و کلوخه‌شدن وجود دارد. مشکل دیگر در استفاده از نانوپیگمنت‌ها دمای پخت بیشتر به علت رشد ذرات (مثل نانوذرات طلا) یا حل‌شدن در فاز شیشه‌ای (مثل نانوذرات تیتانیا) است.

پوشش خودتمیزشونده

تمیزکردن مداوم سطوح صرف وقت و هزینه زیادی‌ می‌خواهد. از این رو پوشش‌های خودتمیزشونده بسیار مورد اقبال قرار گرفته‌اند. پوشش‌های خودتمیزشونده سطوحی‌اند که آلودگی و لکه روی آن‌ها‌ نمی‌ماند و با باد و باران زدوده‌ می‌شوند یا به‌آسانی پاک و محو‌ می‌شوند. رنگ‌های خودتمیزشونده شفاف هستند و تأثیری بر ظاهر سطح‌ نمی‌گذارند. پوشش‌های خودتمیزشونده به دو دسته آب‌گریز و آب‌دوست تقسیم‌ می‌شوند و هر دو به کمک آب، خود را تمیز‌ می‌کنند.

در پوشش‌های آب‌دوست، آب در سطح، گسترده می‌شود. این حالت را «ورقه‌ای‌شدن» آب می‌نامند که درنتیجه آن می‌تواند ذره‌ها و آلودگی‌های دیگر را همراه خود ببرد؛ درصورتی‌که در سطوح آب‌گریز قطره‌های آب روی سطح سر می‌خورند و به این روش، سطح را تمیز می‌کنند. مزیتی که سطوح خودتمیزشونده آب‌دوست نسبت به انواع آب‌گریز دارند این است که اگر در ساختار آن‌ها از اکسیدهای فلزی مناسب استفاده شود، تابش نور خورشید سبب تولید الکترون در آن‌ها می‌شود و انجام واکنش با آلودگی، به از بین رفتن آلودگی‌ها می‌انجامد. با این حال امروزه، به علت توسعه فناوری‌های موجود، سطوح آب‌گریز کاربرد بیشتری دارند.

ویژگی فتوکاتالیتیکی

فتوکاتالیست‌ها موادی‌اند که‌ می‌توانند با جذب نور، آلاینده‌ها را تجزیه کنند و آن‌ها را به مواد بی‌خطر یا کم خطر تبدیل کنند. هر کاتالیست برای فعال‌شدن به طیف خاصی از امواج الکترومغناطیسی نیاز دارد؛ از نور مرئی تا فرابنفش.

اولین بار آکیرا فوجی‌شیما در سال ۱۹۶۷ در دانشگاه توکیو، خاصیت فتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم را کشف کرد. مفهوم سطوح خودتمیزشونده با استفاده از فتوکاتالیست از این‌جا سرچشمه می‌گیرد.

دی‌اکسید تیتانیم پایداری شیمیایی، استحکام مکانیکی و سازگاری با محیط زیست دارد، ارزان و غیرسمی است و پراستفاده‌ترین فتوکاتالیست است.

پوشاننده‌های دی‌اکسید تیتانیم رفتار خودتمیزشونده عالی دارند. وقتی لایه بسیار نازک آب روی سطوح آب دوست تشکیل‌ می‌شود، به راحتی ذرات آلودگی را از بین‌ می‌برند. مواد آلاینده روی سطوح کاشی‌های بهداشتی لایه‌نشانی شده با نانوساختار دی اکسید تیتانیم با تابش نور مهتابی و شرایط معمولی تمیز‌ می‌شوند.

ویژگی‌های ضدمیکروبی

بسیاری از نانوذرات خواص ضدمیکروبی از خود نشان‌ می‌دهند که به دلیل نسبت سطح به حجم زیاد آن‌ها است. پرکاربردترین نانوذره برای خواص ضدباکتریایی، نقره است. نانوذرات نقره اثرات ضدمیکروبی علیه باکتری‌ها و قارچ‌ها و همچنین باکتری‌های مقاوم به آنتی بیوتیک دارند. فلز نقره ذاتاً خاصیت ضدباکتری دارد؛ با این‌حال، کاهش اندازه و افزایش چشمگیر سطح ویژۀ نانوذرات نقره موجب بیش‌ترین برهم‌کنش شیمیایی ممکن میان نقره و محیط پیرامون می‌شود. حاصل چنین برهم‌کنش شدت‌یافته‌ای افزایش چندین‌برابری خاصیت ضدباکتری در نانوذرات نقره است.

نانوذرات مس هم خواص ضدقارچ، باکتری و میکروب دارد.

یکی دیگر از کاربردهای نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم نیز از بین بردن میکروارگانیسم‌های مولد فساد است. فعالیت ضدباکتریایی و فتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیم با افزودن نقره به شدت افزایش‌ می‌یابد.

نتیجه‌گیری

نانوماده به ماده‌ای گفته می‌شود که حداقل یکی از ابعاد آن در محدوده نانومتر باشد. استفاده از نانومواد کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده و در بسیاری از صنایع از جمله صنعت سرامیک مفید است. از نانومواد هم در بدنه و هم در پوشش سفال و سرامیک می‌توان استفاده کرد. استفاده از مقدار کمی نانومواد در بدنه تأثیر چشمگیری بر استحکام و خواص بدنه دارد. استفاده از نانومواد در پوشش سرامیک نیز خواص کاربردی و منحصر به فردی به سرامیک می‌دهد؛ از جمله جلوه زیبای زرین‌فام، خاصیت ضدمیکروبی، خودتمیزشوندگی و غیره.

آن چه خواندید، خلاصه‌ای از مقاله «استفاده از فناوری نانو در سفال و سرامیک» بود. برای مشاهده منابع و کسب اطلاعات بیشتر، پی دی اف مقاله را با متن کامل به‌صورت رایگان در لینک زیر دانلود کنید:

https://www.navidclay.com/maghallat/elmi/

منبع عکس‌:

[1] https://www.researchgate.net/publication/346027684_Self-Cleaning_surfaces_for_different_purposes_Review_of_production_methods_and_future_prospects

مطالعه بیشتر:

خاک رس چیست؟ آشنایی با انواع خاک رس و ویژگی های آن

لعاب سفال چیست؟ آشنایی با لعاب و انواع آن

مخروط در صنعت سفال و سرامیک چیست و چه کاربردی دارد؟

صفر تا صد تکنیک راکو در سفالگری + انواع سبک های راکو

آشنایی با تکنیک اسگرافیتو

آشنایی با لعاب دانه برفی

لعاب پاشیده چیست؟