نانو پوشش‌ ها که معمولا تحت عنوان پوشش سرامیکی نیز شناخته می‌شوند، به پوشش‌هایی اشاره دارد که ضخامت آن در حد نانو (بین 1 تا 100 نانومتر) باشد. این پوشش‌ها معمولا به منظور بهبود کارایی سطوح از جمله محافظت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر آب و یخ، کاهش اصطکاک روی سطح،  توانایی دفع ذرات خشک، دفع آب و روغن خاصیت خود تمیز شوندگی، مقاومت در برابر گرما و تابش، مقاومت در برابر خراشیدگی  و غیره، اعمال می‌شوند.

این مواد به صورت مایع و جامد یافت می‌شوند و می‌توانند خصوصیات و کاربردهای متنوع و مفیدی را ارائه دهند. نانو پوشش ‌ها مزایای قابل توجهی در کاربردهای عملی مانند صنایع هوافضا، دفاعی، پزشکی، دریایی و نفت دارند و به همین دلیل تولیدکنندگان این مواد ترغیب شده‌اند تا نانو پوشش ‌هایی با کاربردهای چند منظوره تولید کنند.

 

نانو پوشش ‌های آبگریز و خود تمیز شونده

ایده اصلی سطوح خود تمیز شونده از گیاه نیلوفر آبی (تصویر (ب) شکل زیر) گرفته شده است، که با وجود این که در آبهای گل آلود رشد می‌کند اما برگ‌های آن همیشه تمیز به نظر میرسد چراکه برگ‌های آن آبگریز هستند، یعنی قطره‌های آب بدون ماندن بر روی برگ از روی آن غلت خورده و به پایین برگ می‌ریزند و در این حین هر گونه آلودگی را از سطح برگ می‌گیرند و به این طریق سطح شسته می‌شود. بررسی‌های انجام شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی برگشتی نشان می‌دهد که سطح برگ بر خلاف تصور صاف نیست و دارای یک سری زبری‌های منظم است. این بلورها در حد چند نانومتر تا چند میکرومتر هستند و باعث آبگریز شدن سطح می‌شوند. تصویر (الف) در شکل زیر نانوساختار سطح برگ گیاه نیلوفر آبی ارا نشان می‌دهد.

 نانو پوشش و نیلوفر آبی

اثر خود تمیز شوندگی

اصول خود تمیزشوندگی برای اولین بار در سال 1973 توسط یک گیاه شناس به نام ویلهلم بارلوت (Wilhelm Barthhlott) و تیم وی در دانشگاه بن کشف شد. اولین محصول تجاری با همکاری صنعت رنگ و تحت عنوان رزین سیلیکونی ساخته شد که در آن از نانوذرات سیلیکونی استفاده شد. در شکل زیر تصویر سطح آب گریز شده با استفاده از رزین سیلیکونی را مشاهده می‌کنید.

حساسیت این ساختارهای سطحی به تنش مکانیکی مانع از استفاده گسترده از آن‌ها می‌شود. این در حالی است که گیاه نیلوفر آبی قابلیت تجدید ساختار خود را دارد، اما فناوری‌هایی که در حال حاضر توسط انسان استفاده می‌شود این قابلیت را ندارند. بنابراین در حال حاظر هیچ پارچه یا لباسی ساخته نشده است که مشابه گیاه نیلوفر آبی رفتار کند و شست و شوی آن‌ها در لباس شویی باعث تخریب ساختار سطحی آن‌ها می‌شود. خود تمیز شوندگی به آب جاری نیاز دارد، مانند باران. بنابراین همچین ساختارهای سطحی آبگریزی قابل استفاده در فضاهای داخلی نیستند.

نانو پوشش رزینی

ساخت نانو پوشش های آبگریز

این پوشش‌های شفاف آبگریز و روغن گریز را می‌توان از طریق روش‌هایی مانند سل_ژل ساخت. به منظور تولید این پوشش‌ها از مواد اولیه پایه سیلیکونی که اصطلاحا به آن سیلانس (silanes) می‌گویند استفاده می‌شود، و از یک ماده شیمیایی اصلاح کننده مانند ترکیبات فلوئوردار برای حفظ خواص مورد نیاز ماده استفاده می‌شود. ذرات نانو مقیاس از سیلانس و با انجام واکنش شیمیایی در داخل محلول تولید می‌شوند. که به این ذرات پراکنده سل گفته می‌شود.

بسته به نوع سل انتخاب شده، تبخیر محلول یا در دمای اتاق یا با استفاده از حرارت دادن انجام می‎‌گیرد و یک ژل ویسکوز تولید می‌شود چراکه که ذرات واکنش پذیری بالایی دارند و یک شبکه متراکم را تشکیل می‌دهند. پس از خشک شدن یک لایه فشرده تولید می‌شود. این سل را می‌توان با استفاده از فرآیندهای رایج صنعتی مانند لایه نشانی غوطه وری (dip coating) ، اسپری کرد و لایه نشانی دورانی (spain coating) روی انواع زیادی از سطوح استفاده کرد. ضخامت پوشش‌های حاصل در حد چند نانومتر است و شفاف می‌باشند، که این یک مزیت مهم نسبت به پوشش‌های سنتی تفلون است که به دلیلی وجود گرافیت از رنگ تیره‌ای برخوردار بودنند.

نانوذرات فوتوکاتالیست خود تمیز شونده تیتانیوم دی‌اکسید

تا به امروز خود تمیز شوندگی فوتوکاتالیستی به احتمال زیاد گسترده‌ترین کاربردی است که در صنعت ساخت و ساز به فناوری نانو پوشش اختصاص داده شده است. در حال حاضر تعداد زیادی از ساختمان‌های موجود در سراسر جهان از این فناوری برخوردارند. خواص فوتوکاتالیستی TiO2 در سال 1967 توسط آکیرا فوجیشیما، دانشمند دانشگاه توکیو کشف شد و این پدیده با عنوان اثر هوندا_فوجیشیما شناخته می‌شود. اولین خانه با سطح بیرونی خود تمیز شونده نیز مربوط به خانه‌ی خود فوجیشیما بود.

تیتانیوم دی‌اکسید به دلیل انرژی سطح بالا آب دوست است، از این رو آب بر روی سطح لایه تیتانیوم دی‌اکسید تشکیل قطره نمی‌دهد بلکه به صورت یک فیلم محکم به سطح می‌چسبد. علاوه بر این TiO2 شفاف است لذا از آن می‌توان برای پوشش شیشه نیز استفاده کرد. علاوه بر این TiO2 یک فوتوکاتالیست است، لذا در صورت وجود آب، تحت تابش نور فرابنفش رادیکال‌های اکسیژن تولید می‌شوند که به نوبه خود می‌توانند مواد آلی مانند چربی‌ها، روغن‌ها و دوده را تجزیه کنند. TiO2 به ویژه در حالت نانو بسیار واکنش پذیر است و در طول فرآیند کاتالیزوری مصرف نمی‌شود و این باعث می‌شود که اثر ماندگار داشته باشد.

نحوه فرآیند خود تمیز شوندگی با نانو پوشش ها

فرآیند خود تمیز شوندگی به این صورت است که خاک و آلاینده‌های آلی موجود روی سطح بر اثر واکنش فوتوکاتالیستی در داخل فیلم آب موجود روی سطح حل می‌شوند، و در بارندگی دیگری که ایجاد می‌شود به طور کامل از روی سطح شسته می‌شوند و سطح تمیز می‌شود. در شکل زیر نمونه‌ای از سطح خود تمیز شونده با نانو پوشش ایجاد شده توسط فوتوکاتالیست TiO2 را مشاهده می‌کنید که در کنار سطح بدونه پوشش قرار گرفته است و به طور کامل تفاوت را می‌توان مشاهده کرد.

 تفاوت سطح آبگریز با معمولی

برای اطلاع از قیمت خرید و فروش مواد شیمیایی با ما در ارتباط باشید.

تلفن تماس:021 77641217

 منابع

 

What is Nano Coating? - An Introduction to Ceramic Coatings. (n.d.). Retrieved January 23, 2020, from https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-nano-coating

Berger, M. (2019, March 24). Nanocoatings. Retrieved January 23, 2020, from https://www.nanowerk.com/nanocoatings.php