تحقیق کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران (docx) 66 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 66 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران فهرست فناوری نانو چیست؟ -------------------------------------------------------------------3 مقیاس نانو -------------------------------------------------------------3 کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران(آسفالت)-------------------------------4 کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان --------------------------------------9 استفاده از فناوری نانو برای پیشگیری از ریزش پل ها --------------------------12 انقلاب فناوری نانو در معماری---------------------------------------------14 فناوری نانو در تصفیه آب-------------------------------------------------19 استفاده از فناوری نانو در ساخت سیمان ------------------------------------38 نانو تکنولوژی برای سیمان در حجم زیاد------------------------------------41 کاربرد مواد نانو در صنعت بتن---------------------------------------------47 کاربرد فناوری نانو در زلزله-----------------------------------------------52 فناوری نانو چیست؟ فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود. معمولاًمنظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1nm تا 100nm می باشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده ای نزدیک می توانیم مولکول ها و اتم ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم. http://www.mohand.es/story/308 مقیاس نانو سازمان بین المللی استانداردها یک متر را بدین گونه تعریف کرده است: طولی که توسط نور در خلا در بازه زمانی 29979457/1 ثانیه طی می شود، یک متر می باشد ویک نانومتر 10-9متر می باشد.با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم ها و مقیاس نانو می توان یک نانومتر را راحت ترتصورکرد. یک نانومتر برابر قطر 10 اتم هیدروژن و یا 5 اتم سیلسیم می باشد. درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت تر می باشد. همچنین : یک نانو متر یک میلیاریم متر است. یک گلبول قرمز دارای عرض تقریبی هفت هزار نانومتر است. یک مولکول آب دارای قطری حدود 1 نانو متر است. مولکول اندازه پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر است . طبق تعاریف مقیاس طولی بین 1 نانومتر تا 100 نانومتر را مقیاس نانو می گویند تصور کنید که در یکی از گرمترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشید مستقیما به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هایی با شیشه های دودی برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق ندارید. همچنین دوست دارید تا تنها زمانی که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی شوند. کاربرد فناوری نانو در مهندسی عمران(آسفالت) واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری نانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم ها ماشین های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد. خلاصه در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“ با این حال، بر اساس تقاضای رو به رشد بازار، پیش بینی می شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است. به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است. تاریخچه در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“ با این حال، بر اساس تقاضای رو به رشد بازار، پیش بینی می شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است. به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای آن را درک نمایند. دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه های فدرال (FHWA)، می گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می باشند. تاکنون ما نتوانسته ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می گذارند.“ بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می تواند به طور خود به خودی ترک ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است. یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می شود. با تماس عامل اصلاح کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می چسباند. این روش می تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک های خود را اصلاح می کند. لیوینگستون می گوید: ”هیچ کس نمی تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت های موجود بسیار هیجان آور می باشند.“ با این حال، برای استفاده کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست انداز، یا نبود تاخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی های جدی آنها را برطرف نمی سازد. محیط زیست عامل اصلی تاثیرگذار در فرایند تصمیم گیری برای پروژه های بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده ها از دیدگاه زیست محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم گیری است. دیدگاه های زیست محیطی موجب تسریع پیشرفت های فنی و اجتماعی می شوند. نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم تر از تمام پیشرفت های علمی می باشند. یکی از این اهداف بستن چرخه مواد یا استفاده صد در صدی از مواد قابل بازیافت در ساخت جاده است. صنعت در این زمینه تجربه زیادی در مورد استفاده از محصولات فرعی در آسفالت به دست آورده است. مثال هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه. با این حال، استفاده موفقیت آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی های آنها بوده و معمولاً در سطح پایینی قابل انجام است. در این حالت امکان بررسی پیوسته عملکرد آسفالت نیز وجود دارد که خود موضوعی مورد بحث است. با این حال، مطابق گفته های مارک بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است. پرژه آریزونا ارزشی معادل 34 میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید. این پروژه تقریباً 70 درصد (185 کیلومتر)آزادراه ناحیه فونیکس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولانی صدای ناشی از اصطکاک را در جاده کاهش دهد. آسفالتِ دارای لاستیک تنها درصد بسیار کم و تقریباً بی اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می دهد، اما بلشه می گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت. به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه ای از تولید کنندگان تایر و شرکت های آسفالت سازی می باشد، یک اتصال دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده اند، تولید می شود. این اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می شود.این ماده می تواند به عنوان یک ماده الاستیک مابین مواد متراکم دیگر عمل نموده و از این طریق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومی به این محصول بسیار خوب است. بلشه می گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده اند، همواره سعی کرده اند که آن را به دلیل ویژگی های مهندسی بسیار عالی اش به فروش برسانند. امّا بیش از هر چیز این محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت این قضیه، استقبال عمومی قرار دارد.“ وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) سه سال پیش یک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استیشن در ناحیه آریزونا به کار برد. بلشه می گوید که به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن ها و ایمیل ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم صداتر حکایت داشت. البته همه چیز آسفالت لاستیک کامل نیست. این مخلوط باعث ایجاد بخار و بو در فرآیند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازیافت بودن آن بحث وجود دارد. این آسفالت نسبت به آسفالت های معمول بسیار گران تر بوده و آسفالت کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده اند، ممکن است در کار کردن با آن، که باید در یک بازه دمایی معین انجام شود، دچار مشکل باشند. ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومی درست باشد، اما روی دیگر سکه این است که خواست استفاده کنندگان از جاده کم صدا تر و در عین حال دارای اثرات زیست محیطی کمتر، افزایش یافته است. این امر باعث تمرکز بیشتر تحقیقات بر روی مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است. افزایش عمومی در میزان حمل و نقل، بار بیشتر بر روی محور، و فشار بیشتر تایر بر روی جاده، تقاضا برای آسفالت های قوی تر وبادوام تر را افزایش می دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه موثر می گردد. http://emjm.blogfa.com/cat-7.aspx کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان طبق برآوردهای انجام شده تجهیزات ساختمانی سالانه 1000 میلیارد دلار درآمد ایجاد می نمایند. صنعت مربوط به تجهیزات ساختمانی یکی از صنایعی است که فناوری نانو و نانومواد می توانند در آن کاربرد وسیعی داشته باشند. در حال حاضر فناوری نانو در برخی محصولات و تجهیزات ساختمان سازی مانند پنجره های خود تمیزشونده و صفحات خورشیدی منعطف برای رنگ آمیزی ساختمان ها، مورد استفاده قرار می گیرد. البته کاربردهای بسیاری؛ مانند بتن های خود ترمیم شونده، مواد ضد اشعه UV و IR، پوشش ضدمه و سقف ها و دیوارهای منتشر کننده نور نیز در حال توسعه می باشند امروزه حسگرهای توانمند فناوری نانو قادرند درجه حرارت، رطوبت و ذرات سمی معلق در هوا را کنترل کنند. تا سال 2012 انتظار می رود بازار حسگرهای فناوری نانو به 2/17 میلیارد دلار برسد. به زودی حسگرهای ارزان قیمت برای کنترل لرزش ها، پوسیدگی ها و دیگر ملاحظات عملکردی در ساختمان سازی ، وارد بازار خواهند شد. فناوری نانو به سرعت باطری ها و وسایل بدون سیم مورد استفاده در این حسگرها را بهبود می دهد. در آینده ای نه چندان دور حسگرها در ساختمان ها، جمع آوری اطلاعات درباره محیط و کاربردهای ساختمان سازی، مورد استفاده قرار می گیرند. عناصر تشکیل دهنده ساختمان ها و بناها، هوشمند خواهند شد. البته نانوحسگرها و مواد ساختمان سازی نانویی سئوالاتی را برای طراحان، سازندگان، مالکان و استفاده کنندگان از ساختمان ها ایجاد کرده است. اما آنچه که بدیهی به نظر می رسد این است که ساختمان ها، هوشمند می شوند و نانومواد به عنوان یکی از عناصر اصلی ساختمان مد نظر قرار می گیرد ریسک های مربوط به سلامتی و محیط زیست بدون شک ساختمان ها یکی از حوزه های اصلی تماس انسانها با نانوذرات از طریق تنفس یا جذب از طریق پوست می باشد. هم اکنون در سیستم های تصفیه هوای ساختمان از کاتالیست های فلزی نانومقیاس و دیگر کاربردهای فناوری نانو برای از بین بردن آلوده کننده های هوا، استفاده می شود. نانو ذرات موجود در این *****ها می توانند از طریق هوا در ساختمان منتشر شده و وارد بدن انسان شوند. بایستی درباره اثرات سلامتی نانوذرات که از طریق تنفس به بدن نفوذ می کنند تحقیقات دقیقی انجام گیرد. ممکن است نانو ذرات از طریق محصولات تمیز کننده وروکش ها نیز منتشر شوند تولیدکنندگان نانو*****ها، محصولات تمیز کننده و روکش ها اظهار می کنند فناوری نانو این محصولات را از نظر محیطی نسبت به سایر محصولات بی خطر تر می کند. ما هم اکنون نانوذرات را از طریق دامنه گسترده ای از محصولات، از صفحات خورشیدی تا وسایل آرایش، بدون داشتن اثرات مضر آشکار جذب می نماییم. اگر آب مورد استفاده در ساختمان ها از طریق نانو*****های موجود در بازار تصفیه شوند ممکن است نانوذرات وارد بدن شوند. انتشار نانوذرات در محیط ممکن است اثرات مخربی بر محیط زیست داشته باشد. ممکن است که پاک کننده ها نیز از طریق سیستم های دفع فاضلاب ساختمان ها وارد محیط زیست شوند. در حالی که نانو*****ها پاک بودن آب و هوای خروجی از ساختمان ها را تضمین می کنند، اثرات زیست محیطی نانوذرات بایستی به وسیله معماران و محققان مورد بررسی قرار گیرد ریسکهای اجتماعی در صورتی که حسگرها بسیار رایج شوند نوع کاملاً متفاوتی از ریسک ممکن است به وجود آید ممکن است با استفاده گسترده از عناصر هوشمند در ساختمان سازی، حریم خصوصی افراد در معرض خطر قرار گیرد. هم اکنون فناوری های بدون سیم مانند تلفن های همراه برای استفاده کنندگان در حال گسترش می باشد. در اسپانیا، مکزیک و آمریکا ساکنان ساختمان ها از طریق تراشه های کار گذاشته شده در ساختمان ها کنترل می شوند. با گسترش فناوری های کنترل کننده پاسخ استفاده کنندگان چه خواهد بود؟ درباره حریم خصوصی افراد، سئوالی که مطرح می شود این است که چه کسی محیط ساختمان ها را کنترل می کند و این عمل را چطور انجام می دهد؟ اگرچه عناصر ساختمان ها مناسب با سلایق استفاده کنندگان و شرایط محیطی می گردد ولی مسائل مربوط به کنترل ساختمان ها می تواند به عنوان یکی از مشکلات اساسی مطرح باشد. برای مثال فناوری نانو این امکان را به وجود آورده است تا میزان شفافیت شیشه های پنجره های ساختمان ها مطابق با سلایق استفاده کنندگان تغییر کند، ولی سوالی که مطرح است این است که چه کسی میزان شفافیت شیشه ها را کنترل می کند؟ معضلاتی که پذیرندگان اولیه کاربردهای این فناوری با آن مواجه اند با استفاده از نانومواد و فناوری نانو در ساختمان سازی همه استفاده کنندگان این فناوری نوظهور با مشکلاتی مواجه خواهند شد. سوالی که در این جا مطرح است این است اگر حادثه بدی رخ دهد آیا ریسک های فناوری نانو مورد توجه قرار می گیرد؟ باید به خاطر داشت که توسعه دهندگان فناوری نانو در ابتدا از مزایای این فناوری بسیار صحبت نمودند. اما آنچه که بدیهی به نظر می رسد این است که تا به امروز به همه جنبه های نانومواد و فناوری نانو توجه نشده است. لذا بایستی ترسی از توسعه نانومواد و فناوری نانو نداشته باشیم زیرا که فناوری نانو دربرگیرنده فرصت های ارزشمندی برای بهبود عملکرد ساختمان ها، سلامت استفاده کنندگان و کیفیت محیط زیست می باشد . منبع:interestingphysic http://www.iran-eng.com/showthread.php?t=12514 استفاده از فناوری نانو برای پیشگیری از ریزش پل ها محققان دانشگاه «میشیگان» موفق به ساخت پوششی از جنس نانو لوله های کربنی شده اند که به ادعای آنها می توانند مانع از تکرار سوانحی مانند ریزش پل I-35 بر روی رودخانه «می سی سی پی» و یا وارد شدن آسیب به هواپیماها و فضاپیماها شود. به گفته جروم لینچ، استادیار دانشگاه میشیگان و مسول این تحقیق، این پوشش فناوری برتر از لایه هایی از پلیمر با شبکه هایی از نانو لوله های کربنی ظریف ساخته شده است و می تواند الکترون ها را در سرعت های پرتابی هدایت کند. این لایه باریکتر از یک تار موی انسان است اما به بازرسان و متخصصان امکان می دهد که بدون آزمایش کردن فیزیکی بتوانند از نزدیک صحت و سلامت یک پل یا یک ساختمان را کنترل کنند. در این روش هیچ نیازی به مداخله انسان نیست، فقط وقتی این فناوری نانو در جایی به کار گرفته شود، پوششی در اختیار خواهیم داشت که در هر زمانی که تحریک شود، در برابر عوامل محیطی واکنش نشان خواهد داد. این لایه ها ویژگی های حسی متفاوتی دارند، برای مثال یک لایه ممکن است نسبت به خاصیت اسیدی فلز و لایه دیگر به شکستگی ها یا کشیدگی ها حساسیت داشته باشد. وقتی شکستگی یا کشیدگی بر روی پل یا ساختمان اعمال شود رفتار الکترون هایی که از میان لایه عبور می کنند تغییر می کند. به منظور جمع آوری این تغییرات که در صورت بروز حادثه ایجاد می شوند دانشمندان از الکترودها یا گره های بی سیم استفاده می کنند که در طول ساختار پل تعبیه شده اند. هر گره دارای یک رایانه ظریف است که اطلاعات به دست آمده از شبکه های نانولوله را تحلیل و بررسی می کند و به صورت دوره یی سیگنال هایی را از طریق یک شبکه بی سیم به نزدیکترین سرور رایانه یی ارسال می کند. به این ترتیب متخصصان می توانند از راه دور هر گونه آسیب احتمالی وارد شده به پل را در همان مراحل بسیار اولیه و پیش از وقوع حادثه شناسایی و در نتیجه پیشگیری کنند. در مورد فضاپیماها هم به این ترتیب است که فضانوردان می توانند با استفاده از این پوشش از داخل شاتل و بدون نیاز به پیاده روی های خطرناک فضایی، آسیب های احتمالی وارد شده به شاتل را بازرسی کنند انقلاب فناوری نانو در معماری دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همکاری موسسه فناوری ایلینویز ساختمان هایی را طراحی می کنند که در آنها از نانومواد استفاده می شود. انتظار می رود این ساختمان ها در طی 20 سال آینده به طور انبوه ساخته شوند. این ساختمان ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله های کربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط کوانتومی و نانوسنسورهایی است که به همراه هم ساختمان هایی مستحکم تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند کرد. در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله ها، ساخت دیوارهای شفا ف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممکن می سازند. با استفاده از نقاط کوانتومی می توان دیوارها و سقف های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یک کلید، ساخت. نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می کند که درآن ساختمان ها دائما با محیط خود منطبق می شوند. لازم به ذکر است که این دانشجویان در پروژه خود ملاحظات اجتماعی و محیطی ناشی از فناوری نانو را نیز مدنظر قرار داده اند. فناوری نانو در تصفیه آب این گزارش مروری بر انواع کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب است و برای نشان دادن هر یک از آنها، به مثال های ویژه ای از نوآوری های فناوری نانو اشاره می شود. باید توجه داشت که در حوزه فناوری نانو محصولات و روش های بسیار دیگری توسعه یافته، یا می توانند موجود باشند و اینکه بسیاری از اطلاعات موجود درباره این مثال ها مبتنی بر اطلاعاتی است که تولیدکنندگان منتشر کرده اند. از آن جایی که این محصولات هنوز در بازار موجود نبوده، یا مدت زیادی از حضورشان در بازار نمی گذرد، مطالعات پراکنده ای نسبت به عملکرد آنها در حال انجام است. این متن به اطلاعات موجود درباره خطرات ناشی از این فناوری برای سلامت بشر یا محیط زیست اشاره ندارد؛ چرا که این موضوع نیازمند بحث جداگانه ای است. 1. فناوری نانولوله های کربنی 1-1. غشاهای نانولوله ای نانولوله های کربنی می توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی ها، به طور یکنواخت هم راستا شوند. تخلخل های نانومتری نانولوله ها این فیلترها را از دیگر فناوری های فیلتراسیون بسیار انتخاب پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله ای می توانند به وسیله پوشش دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله های کربنی می شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین نانولوله های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود. حذف آلودگی ها مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که غشاهای نانولوله ای می توانند تقریباً همه انواع آلودگی های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک زدایی و گزینه ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند. مقدار تصفیه آب اگر چه تخلخل نانولوله های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله ای نشان داده اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگ تر دارند. هزینه با توسعه روش های جدید و بسیار موثر برای تولید نانولوله های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله ای به طور پیوسته کاهش می یابد. بر اساس پیش بینی برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله های کربنی، غشاهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک زدایی با اسمز معکوس، کاهش می یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک زدایی با استفاده از فیلترهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می رود غشاهای نانولوله ای بسیار بادوام تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد. روش مصرف غشاهای نانولوله ای می توانند در گزینه های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ121 در مدت 30 دقیقه تمیز می شوند. توضیحات تکمیلی انتظار می رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله ای نمک زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت های تازه ای را مدنظر قرار داده اند. 1-2. نانوغربال ها آزمایشگاه های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده اند. نانوغربال از نانولوله های کربنی جفت شده با یکدیگر تشکیل می شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته اند. و می توان برای تشکیل فیلترهای شبه کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می توان نانوغربال های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه های مذکور چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص سازی آب ساخته شده اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی مانند به نام water stick معروف هستند. حذف آلودگی ها از نانوغربال ها می توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می تواند از چندین لایه نانولوله کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از 99/99 درصد از باکتری ها، ویروس ها، کیست ها، میکروب ها، کپک ها، انگل ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب های صنعتی و دیگر مواد می توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک زدایی از آب دریا هستند. مقدار تصفیه آب نانوغربال ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تامین می کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در 90 ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش 200 تا300 لیتر آب تولید می کند؛ اگر چه این مقدار می تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون افزایش داده شود. هزینه آزمایشگاه سازنده برای قیمت گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد. روش مصرف Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می کند. اخیراً نمونه ای از Water stick به گونه ای طراحی شده است که می توان وسیله ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می کند. نانوغربال ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیون را دارند. توضیحات تکمیلی آزمایشگاه های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال ها توسعه داده اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید 276 متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای 396 فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه ای از water stick را مورد استفاده قرار داده اند. 2. روش های دیگر نانوفیلتراسیون 2-1. فیلتر آلومینای نانولیفی شرکت Argonide فناوری جاذب های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه ای تشکیل شده اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع تر آلودگی های باردار منفی از قبیل ویروس ها، باکتری ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می شود. حذف آلودگی ها فیلترهای نانوسرام بیش از 99/99 درصد ویروس ها، باکتری ها، انگل ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می کند، همچنین دارای قابلیت جذب 9/99 درصد از نمک ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا 9 بهتر عمل می کنند. مقدار تصفیه آب شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا 5/1 لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان 9 تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد. هزینه شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای 20-200 فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود 37 دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی تری دارند. روش مصرف مطابق با توصیه های شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد فیلتر و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب های شور بسیار کدر حذف می کنند. توضیحات تکمیلی به گفته شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند. 2-3. نانوالیاف جاذب جریان شرکت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره برداری کرده است. فیلتر شامل یک لایه پیش فیلتراسیون برای حذف چرک ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب دوست، رزین ها، سرامیک ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می شوند. این فناوری در مقیاس های خانگی و شهری قابل دسترسی است. حذف آلودگی ها طبق گزارش ها، فیلترهای سطح فعال بیش از 99 درصد از باکتری ها، ویروس ها، انگل ها، آلودگی های آلی و دیگر آلودگی های شیمیایی را حذف می کنند. مقدار تصفیه آب طبق اعلام شرکت سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می تواند به ازای هر فیلتر375 لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از 7500 لیتر بر روز با سرعت 6/5 لیتر بر دقیقه تولید می کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از 95 هزار لیتر آب موثر است. هزینه انتظار می رود فیلترهای خانگی شش تا11 دلار فروخته شوند و فیلترهای جایگزین برای آنها 8/0تا9/0 دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی 002/0 دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین 100 تا 150 دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً 0003/0 دلار به ازای هر لیتر است. روش مصرف طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به آسانی قابل استفاده باشند. 3. سرامیک های نانو حفره ای، کِلِی ها و دیگر جاذب ها 3-1. غشای سرامیکی نانوحفره ای شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس های متنوعی عرضه نموده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده اند و در اندازه های متفاوت و در دو شکل لوله ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می شوند. حذف آلودگی ها طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها به طور موثر از آب حذف می کنند. علاوه بر این آزمایش های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی دهند. مقدار تصفیه آب مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm 15× 60×120 سطحی معادل با 2 m 11 ایجاد کرده، می تواند 8 هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند. هزینه تولید سیستم های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه های فیلتر مونتاژ می شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه های فیلتراسیون که شامل حفظ، جایگزینی فیلترها، تمیز کردن عوامل و هزینه های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی تر فیلتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می گردد. روش مصرف فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند. 3-2. تک لایه های خودآرا روی پایه های مزوپروس (SAMMS) آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک لایه های خود آرا روی پایه های مزوپروس را توسعه داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک لایه ای از مولکول ها می توانند به یکدیگر متصل شوند. تک لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه ریزی شدن برای حذف آلودگی های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسیاری از غشاها و فناوری های جاذب دیگر، جذب سریع تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب پذیری بهتری را از خود نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی های فلزی از آب آشامیدنی، آب های زیرزمینی و فاضلاب های صنعتی طراحی شده است. حذف آلودگی ها PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، کروم، آرسنیک، کادمیم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می کند. همچنین طبق گزارش ها، SAMMS می تواند برای حذف فلزات خاصی برنامه ریزی شود؛ ولی برخی فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را حذف نمی کند. SAMMS برای حذف آلودگی های زیستی، یا آلی موثر نیست. مقدار تصفیه آب از SAMMS می توان در گستره وسیعی از کاربردها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب های صنعتی، استفاده کرد. این فیلترها سطح ویژه ای در حدود 600 تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، 150 دلار هزینه دارد که با نمونه ای از رزین تعویض یونی با هزینه 42 دلار و کربن فعال با هزینه 78/1 دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف یک کیلوگرم جیوه، 13 کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، 154 کیلوگرم رزین تعویض یونی و 40 هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود. روش مصرف SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می تواند برای فیلترهای تعویض یونی مناسب باشد. این فیلترها گاهی اوقات به منظور حذف آلودگی های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می شوند. آلودگی های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می توانند به عنوان یک آلودگی متداول تصفیه شوند. 3-4. Arsenx Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسید آهن آب دار روی یک زیرلایه پلیمری است و برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی های فلزی به کار می رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر و سینتیک جذب سریع تری فراهم می نماید. Arsenx می تواند برای کاربردهای مصرفی کوچک و یا استفاده های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در ابزارهای طراحی شده برای رزین های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد. حذف آلودگی ها Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف و سولفات ها، کربنات ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی های زیستی را حذف نمی کند. مقدار تصفیه آب شدت جریان عبوری آن بسیار وابسته به نوع ابزاری است که Arsenx استفاده می کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیستم، برای تماس بین Arsenx و آب 5/2 تا سه دقیقه زمان نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً 38 میلی گرم آرسنیک را نگه می دارد. هزینه شرکت Solmetex اشاره می کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می تواند نسبت به جاذب های دیگر در طی حیاتش هزینه کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیستم وابسته به طراحی های متفاوت آن است، اما به طور متداول از 07/0 تا 2/0دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که شامل هزینه های استهلاک و هزینه های عملیاتی و حفظ و نگهداری است. روش مصرف Arsenx به گفته شرکت Sometex می تواند به عنوان رزین های تعویض یونی در زمینه های مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این فیلتر نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهی اوقات با محلول سود سوزآور احیا می شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا یک سال خاصیت خود را از دست خواهد داد. گزارش ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می تواند در گسترده دمایی یک تا 80 درجه سانتی گراد عمل کند. 3-5. پلیمر حفره ای سیکلودکسترین سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره های استوانه ای تشکیل شده است؛ این ذرات می توانند آلودگی های آلی را جدا کنند. پلیمر سیکلودکسترین را می توان به صورت پودر، دانه ای و یا لایه نازک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین برای تصفیه آب مصرفی استفاده شده و همچنین می تواند برای تصفیه در جای آب های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب های شیمیایی آلی و نفتی نیز مورد استفاده قرار گیرد. حذف آلودگی ها سیکلودکسترین گستره وسیعی از آلودگی های آلی شامل بنزن، هیدروکربن های پلی آروماتیک، فلورین ها، و آلودگی های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها و بسیاری دیگر را حذف می کند. آزمایش ها نشان می دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی ها را تا حد ppt کاهش می دهد، در حالی که کربن فعال و زئولیت این آلودگی ها را تا حد ppm کاهش می دهد. همچنین پلیمر صدهزار مرتبه بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می دهد و بازدهی حذف یکسانی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تاثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفعال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد. مقدار تصفیه آب پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری 22 میلی گرم از آلودگی های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با 58 میلی گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر برای تماس با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می تواند به طور نامحدودی استفاده شود. هزینه تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل 100 درصد تولید شود. انتظار می رود که تولید انبوه، هزینه آن را پایین تر از قیمت کربن فعال و زئولیت آورد. شرکت پژوهشی محصولات پلیمری اشاره می کند که روشی را جهت افزایش مقیاس این فرایند برای تولید مواد توسعه داده است. اخیراً شرکت پژوهشی Manhattan یک فناوری را برای کاربردهای مصرفی توسعه داده و اظهار می دارد که تولید انبوه موجب ارزان تر شدن پلیمر نسبت به سایر روش های حذف آلودگی های آلی خواهد شد. روش مصرف پودر سیکلودکسترین می تواند در ستون، کارتریج و یا فیلترهای بستری به گونه ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه ای می تواند مستقیماً در منبع یا لوله های آب به کار رود و لایه نازک آن می تواند روی زیر لایه ای از شیشه برای تشکیل غشاء قرار گیرد. از همه اشکال متفاوت سیکلودکسترین می توان در ابزارهای طراحی شده برای فیلترها، غشاها و یا جاذب ها استفاده کرد. پلیمرسیلکودکسترین هم آب دوست و هم آب گریز است؛ لذا می تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخل ها مورد استفاده قرار گیرد. پلیمر گاهی اوقات به احیا با استفاده از یک الکل ساده از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال و جاذب های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد. توضیحات تکمیلی آلودگی هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می کند، می تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها و محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود. 3-6. نانوکامپوزیت های پلی پیرون- نانولوله کربنی آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست یک غشای نانوکامپوزیتی شامل لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی پیرون را روی ماتریسی از نانولوله های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می دهند، توسعه داده است. برخلاف جاذب های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می توانند به طور الکتریکی احیا می شوند. حذف آلودگی ها غشاهای پلی پیرون دارای نانولوله کربنی با بار مثبت است و می توان پرکلرات ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی های باردار منفی را حذف کند. همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی پیرون می تواند به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می کند. مقدار تصفیه آب غشاهای نانوکامپوزیتی پلی پیرون- نانولوله کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش ها نشان می دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده بسیار کم بازدهی خود را از دست می دهند. همچنین به خاطر خواص انتقال جرم سریع نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی دارند. هزینه انتظار می رود که غشاهای پلی پیرون- نانولوله کربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کم هزینه باشند؛ چرا که آنها می توانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند. این غشاها هزینه های مرتبط با خرید و ذخیره سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند. علاوه بر این، انتظار می رود که هزینه نانولوله های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد برابر کاهش یابد. روش مصرف این غشاها آلودگی های ثانویه خطرناک تولید نمی کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده و آلودگی های جذب شده، از غشا آزاد می شوند. با حذف آلودگی ها، پلیمر می تواند دوباره باردار شده و مجدداً استفاده شود. 4. زئولیت 4-1. زئولیت های طبیعی، مصنوعی، زغال سنگ و ترکیبی زئولیت ها مواد جاذب با ساختار شبکه ای جهت تشکیل تخلخل ها هستند. آنها می توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت های مصنوعی معمولاً از محلول های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال سنگ ساخته شده و به عنوان جاذب یا ابزار تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به کار می روند. شرکت فناوری های AgION ترکیبی از زئولیت ها و یون های نقره طبیعی با خواص ضدباکتری تولید می کند. حذف آلودگی ها زئولیت ها به طور متداول برای حذف آلودگی های فلزی به کار می روند. زئولیت های طبیعی مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می دهند. زئولیت های ساخته شده از زغال سنگ می توانند گستره ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت ها متاثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی هاست. به عنوان مثال تاثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم ها که شامل باکتری ها و کپک هاست، ارتقا می دهند. زئولیت نمی تواند آلودگی های آلی را به قدر کافی حذف کند، همچنین رطوبت هوا در اشباع زئولیت ها دخالت داشته، موجب کاهش بازدهی آنها می شود. مقدار تصفیه آب مقدار آبی که زئولیت ها می توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می کنند. در مورد زئولیت های زغال سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تاثیر قرار می دهند. هزینه زئولیت ها را می توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. در امریکا زئولیت های دانه ای برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی بین 30 تا 70 دلار به ازاری هر تن و برای محصولات مصرفی بین 5/0 تا 5/4 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند. روش مصرف چگونگی مصرف زئولیت ها بسیار وابسته به نوع ابزاری است که در آن استفاده می شوند. این ابزار می تواند شامل رزین های تعویض یونی، کارتریج و ابزارهای ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت ها گاهی اوقات به احیا با یک محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت های زغال سنگ ممکن است مشکل ساز باشد، چرا که مطالعات نشان می دهند مقادیری از آلودگی های سرب، کادمیم، کروم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی ها می توانند از زغال سنگ گذشته و موجب آلودگی خاک، آب های زیرزمینی و آب شوند. همچنین مشخص شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash بسیار بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهانی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی های بیولوژیکی روی فیلتر جلوگیری می کند و در این صورت نیاز به ذخیره سازی و مصرف احیاء کننده های شیمیایی مرتفع می شود. 5. فناوری های مبتنی بر نانوکاتالیست ها 5-1. نانوذرات آهن خنثی نانوذرات آهن خنثی (NZVI) برای تصفیه درجا و غیردرجای آب های زیرزمینی استفاده می شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک عامل احیاکننده است، همچنین موجب می شود که آلودگی های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند و فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می توان برای تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب های زیرزمینی تزریق کرد، یا می توان از آن در غشاها برای کاربردهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای افزایش فعالیت آهن پوشیده می شوند، موجود است. NZVI بسیار فعال بوده و سطح مخصوص بالایی نسبت به ZVI دانه ای دارد. حذف آلودگی ها NZVI می تواند برای فرآوری گستره وسیعی از آلودگی های متداول زیست محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ های آلی، تری هالومتان ها، PCBها، آرسنیک، نیترات و فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همچنین ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده شده با NZVI نشان داده است که همه ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رویت کاهش می دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از 99 درصد از این ترکیبات به 24 ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی ها، برای یک دوره شش الی هشت هفته ای، فعال باقی می مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیعی از PHها و دماهای خاک و مقادیر Nutrient موثر است. مقدار تصفیه آب مقدار آب زیرزمینی که NZVI می تواند فرآوری کند، وابسته به کیفیت آهن، شامل تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، شامل مقدار اکسیژن، مقدار و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک مطالعه موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را 057/6 لیتراز محلول شامل kg 2/11 از NZVI تحت تاثیر قرار می دهد. مطالعه دیگری نشان می دهد که در یک منطقه، مقدار 136 کیلوگرم NZVI برای فراوردی 6/11میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ اما در منطقه دیگر همین مقدار از NZVI تنها برای فرآوری 102 میلیون کیلوگرم از خاک به کار می رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر متفاوت کنش پذیری آهن به دلیل تفاوت در مقدار اکسیژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردی در حین تزریق است. هزینه NZVI حدوداً 40 تا 50 دلار به ازای هر کیلوگرم و پلادیم پوشش یافته با NZVI بین 68 تا 146 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهی نسبت به ZVI دانه ای و میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب 2/2 و 75/3 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش پذیری بسیار بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از یک متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم 5/33 مترمربع سطح واکنش پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد مرتبه سریع تر است. روش مصرف استفاده درجا و غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربردهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده، سپس با یک پمپ و چاه تزریق مستقیماً به خاک آلوده تزریق می کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده برای دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی خاص مورد نیاز نیست. NZVI به دلیل داشتن ذرات کوچک تر نسبت به ZVI دانه ای، راحت تر تزریق شده، می تواند تا اعماق بیشتری نفوذ کند. همچنین نانوذرات NZVI می توانند در یک ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربرد غیردرجا ایمن شوند. 5-2. فتوکاتالیست های نانومقیاس دی اکسید تیتانیوم دی اکسید تیتانیوم هم به عنوان عامل احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می کند و به صورت درجا و غیردرجا در تصفیه آب استفاده می شود. دی اکسید تیتانیوم در حضور آب، اکسیژن و تابش UV، رادیکال های آزاد تولید می کند که این رادیکال ها آلودگی های متفاوت را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می کنند. دی اکسید تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر و فرایند فتوکاتالیستی سریع تری را نسبت به ذرات بزرگ تر فراهم می نماید. دی اکسید تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون ها و یا به شکل فیلترهای دانه ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش برای غشاهای ثابت، میکروکره های نانوکریستالی و غشاهای ترکیبی با سیلیکا به کار می رود. حذف آلودگی ها دی اکسید تیتانیوم تقریباً همه آلودگی های آلی را تجزیه می کند. این ماده بسیار آب دوست است؛ و بنابراین توانایی جذب آلودگی های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی اکسید تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسیژن و غلظت آلودگی ها است. مقدار تصفیه آب سیستم های متفاوت دی اکسید تیتانیوم، شدت جریان و سرعت های حذف متنوعی را فراهم می کنند و ازهمه آنها می توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی اکسید تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از خود نشان می دهند؛ چرا که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی ها قرار می گیرد. به دلیل ترکیب سطوح کنش پذیر با مواد پایه و در نتیجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم که به عنوان پوشش استفاده شده یا روی زیرلایه هایی از قبیل شیشه و سرامیک ثابت شده اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همچنین تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیستم ها موثر است. میکروکره های نانوکریستالی دی اکسید تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته تری انجام می دهند. هزینه هزینه نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیراً شرکت Altair یک سیستم تولیدی به ثبت رسانده است، که می تواند نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم را در مقیاس انبوه و بسیار ارزان تولید کند. همچنین این شرکت فروش محصولات کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می کند. این محصولات در دو اندازه 40 کیلوگرم بر ساعت و یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی اکسید تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می کند که می تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد و ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود. روش مصرف به دلیل سختی بازیافت و جداسازی ذرات بعد از تصفیه، استفاده از نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم سوسپانسیون شده مشکل است. ذرات سوسپانسیون معمولاً به وسیله اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون جدا می شوند اما در حین این فرایند مقدار قابل توجهی از ذرات از بین می روند. استفاده از میکروکره های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب سازی هوا سوسپانسیون شده و به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان تر ته نشین می شوند. 5-4. اکسیدآهن نانوساختار جاذب شرکت فناوری های Adedge آمریکا، اکسیدآهن نانوساختار دانه ای و خشکی به نام AD33، برای حذف آرسنیک عرضه نموده است. AD33 با ترکیبی خواص کاتالیستی و جذبی اکسیدآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می نماید، این شرکت همچنین طرحی از لوازم مصرفی شامل فیلترهای AD33 را ارائه نموده است. حذف آلودگی ها AD33 می تواند بیش از 99 درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین می تواند مقادیر سرب، روی ، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد. مقدار تصفیه آب عمر مفید فیلترهای AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستم های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی19، 26 و 38 لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریج ها بین سه هزار و 800 تا 11 هزار و 400 لیتر است و به طوری که تخمین زده می شود چهار تا شش برابر بزرگ تر از دیگر جاذب های تجاری موجود است. هزینه هزینه کارتریج های AD33 برای هر مورد حدوداً 50 دلار است و هزینه هر فیلتر مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا 13 دلار به ازای هر لیتر تغییر می کند. روش مصرف طبق توصیه های شرکت Adedge، فیلترها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکننده ها برای آنها استفاده نمی شود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای فیلتراسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت تر استفاده می شوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستم ها استفاده می شوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرف شده خطرناک نیست می توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا در زمین دفع کرد. 6. نانوذرات مغناطیسی 6-1. Magneto ferritin نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شده اند. شرکت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیش رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه ای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای فیلتراسیون استفاده شده اند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است. حذف آلودگی ها Magneto ferritin با توانایی اسمز پیش رونده، برای نمک زدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگی های دیگر نیز هست. مقدار تصفیه آب شرکت Nano Magnetics اشاره می کند که Magneto ferritin را می توان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژه ای دوباره استفاده کرد. هزینه اطلاعات خاصی نسبت به هزینه های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسب تر نموده است. همچنین اسمز پیش رونده هزینه های مرتبط با انرژی را تا 40 درصد هزینه های اسمز معکوس کاهش می دهد. روش مصرف هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی ای طراحی نشده است؛ اما برخی منابع اشاره می کنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات می توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص سازی شده، بازیافت شوند. استفاده از فناوری نانو در ساخت سیمان امروزه سیمان با توجه به کاربردهای مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمی در زندگی بشر ایفا می کند. از سوی دیگر مساله زمان نیز از موضوعات اقتصادی حائز اهمیت برای صاحبان صنایع به شمار می آید و کاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت. اخیراً تولیدکنندگان سیمان دریافته اند که کاهش اندازه ذرات سیمان تا ابعاد نانو مقیاس، موجب تسریع در سفت شدن آن می شود؛ لذا گروهی از محققان سوئیسی با استفاده از روش فاز گازی و سنتز به شیوه تزریق شعله ای، به روشی برای آماده سازی مستقیم و تک مرحله ای نوعی سیمان نانوذره ای از جنس نانوذرات سیلیکات کلسیم(همان ترکیب سیمان پورتلند معمولی) دست یافته اند که واکنش پذیری اولیه آن ده برابر بیش از سیمان هایی است که به روش های معمولی تهیه شده اند؛ البته این سیمان بسیار متخلخل بوده و پایداری اش نسبت به سیمان های معمولی کمتر است و هنوز برای کارهای ساختمانی مدرن که مستلزم تحمل بار زیاد است، مناسب نیست. mW / رهایش انرژی زمان بر حسب ساعت سیمان ساخته شده به روش تزریق شعله کل انرژی آزادشده = J/g 372 سیمان تجاری معمولی کل انرژی آزادشده = J/g 377 (سمت چپ) واکنشگر تزریق شعله طی فرایند تولید مخلوط نانوذرات اکسید فلزی که از ترکیبات سیمان پورتلند است. (بالا سمت راست) سیمان ساخته شده از نانوذرات پودری که به رنگ روشن با زمینه قهوه ای است. ( سمت راست پایین ) یک میکروگراف الکترونی انتقالی(TEM) که پس از آماده شدن ذرات سیمان از آنها تهیه شده است . در این میکروگراف شکل نانوذرات باقی مانده شبیه سیلیکایی است که با شعله ساخته شده است. (سمت راست) نمودار رهایش گرمایی از این ذرات و ذرات سیمان معمولی که با یک کالریمتر هم دما اندازه گیری شده است. همان طور که ملاحظه می شود رهایش گرمایی نانوسیمان(حدود یک دقیقه پس از تماس با آب) بسیار سریع تر از سیمان معمولی(حدود هفت دقیقه) است. در این روش یک پیک دیگر هم پس از مدت ده ساعت وجود دارد که در این شکل نشان داده نشده است آنها برای تولید پیش سازهای بسیار ارزان، از برخی مواد شیمیایی مانند محصولات فرعی حاصل از پالایش نفت خام و فرایند آئروسل شعله ای( که در تولید رنگ دانه و کربن بلک به کار می رود) استفاده کردند و موفق به فراوری کامل ترکیبات پچیده ای مانند سیمان پورتلند شدند. این نانوسیمان برخلاف سیمان پورتلند معمولی، متناسب با دمای محیط واکنش، نانوذراتی با اندازه های مختلف( به طور متوسط یک سوم ذرات مشابه در سیمان معمولی) دارد، همچنین اندازه کوچک این ذرات موجب تغییر کامل رفتار هیدراسیون این سیمان شده و در نتیجه ضمن حفظ همان واکنش های ترمودینامیکی، واکنش های سینتیکی متفاوتی را خواهد داشت. دانشمندان امیدوارند به رغم تخلخل بالای این مواد، بتوان با توجه به واکنش پذیری اولیه بسیار خوبی که دارند، کاربردهای جدیدی را به ویژه در مواردی که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهمیت است، به وجود آورند. هم اکنون از این نانوسیمان متخلخل در نوسازی یا عایق کاری کاربردهایی که نیاز چندانی به استحکام در برابر فشردگی ندارند و ترکیب آنها با مواد معمولی به بهبود سخت شدگی آنها کمک می کند، استفاده می شود، همچنین این سیمان در کاربردهای هزینه بر کوچک مقیاس به ویژه اتصالات ساختمانی یا به صورت ترکیبی با فرمو ل ها موجود که به تسریع کار آنها کمک می کند نیز کاربرد دارد. گفتنی است مقاله ای هم در همین زمینه در شماره اخیر نشریه Nanotechnology با عنوان "Preparation of an ultra fast binding cement from calcium silicate-based mixed oxide nanoparticles" به چاپ رسیده است. http://www.nano.ir/newstext.php?Code=3429 نانو تکنولوژی برای سیمان در حجم زیاد نانوسم (NANOCEM) یک تحقیق جدید شبکه اروپاست که بر روی مراحل توسعه اصول فنی نانو (مقیاس یک بیلیونی) در مواد سیمانی متمرکز شده است. نانوسم (nanocem) یک تحقیق جدید شبکه اروپاست که بر روی مراحل توسعه اصول فنی نانو (مقیاس یک بیلیونی) در مواد سیمانی متمرکز شده است. بستهای سیمان پورتلند ، اجزا اولیه فعال بتن هستند که در بیشتر ساختمانهای مدرن استفاده می شوند . دیگر تشکیل دهنده های بتن ، آب و مصالح دانه ای ریز و درشت (مانند شن و سنگ) هستند. بستها از جوش سیمان پورتلند با زمینه کمی از سولفات کلسیم ساخته شده اند و به طور متداول شامل پودرهای ریز معدنی مثل سنگ آهک ، پوزولان (معمولا خاکسترهای آتش فشانی) ، خاکستر بادی (معمولا از زغال سوخته گیاهان پر قدرت) و سرباره دانه ای کوره بلند ، هستند. چنین گردهمایی به عنوان مواد سیمانی تکمیلی تلقی می شوند زیرا آنها برای جایگزین شدن به جای بیشتر چسب سیمانهای گران استفاده می شوند. مواد افزودنی شیمیایی مانند افزودنی ها کاهنده آب ، فوق روان کننده ها (خمیر کننده ها) ، کندگیر کننده ها ، تند گیر کننده های بتن و عوامل هوازا می توانند به بتن در مقدار کم اضافه شوند تا خصلتهای بتن را برای موارد استفاده خاص تغییر دهند. توضیح درباره نانو : گر چه سیمان پرتلند در مقدار وسیع در مواد دست ساز بشر بر روی زمین استفاده می شود اما فهم مکانیزم اصلی ، حاوی خصوصیاتش به طور طبیعی باقی مانده است . مراحلی که در طول 1لحظات نخستین واکنش با آب اتفاق می افتد ، می تواند ساختارهای بزرگ و ریز را تحت تاثیر قرار دهد و اجرای طولانی مدت یک ساختار را در پی داشته باشد. بیشتر واکنشهای شیمیایی که عملکرد مواد سیمانی را کنترل می کند در مقیاس نانو سنج (یک بیلیون) اتفاق می افتد ولی اکثر تحقیقات ، عملیات مهندسی گرفته اند و بر روی مرحله درشت (قابل دید) متمرکز شده اند. فقدان فهم جزییات مولکولی از رشد چشم گیر تقریبا جلوگیری کرده و موج ناتوانی در پیش بینی وضع آینده شده است. نیاز برای آزمایش مکرر خصوصیات در تناسب درشت دانه ای مانع نوآوری و استخراج در scm هایی که به طور گسترده ای در دسترس قرار دارند ، شده است که به طور کلی در جا دادن انرژی اندک (جدول سمت راست را ببینید) و غیر سمی می باشند. در حال حاضر ، در هر ساختمانی که در آن از مواد سیمانی جدید با عملکرد بالا استفاده می شود ، نیاز به تست زمان (طولانی کردن) دارد. با کسب دانش بنیادین ، این مواد می توانستند به جای آزمایش و خطا با طراحی و پایه گذاری بر روی مدلهای معتبر ، ساخته شوند. هدایت در مسیر صحیح : در طول این فعالیت بر روی این مطلب یعنی نانوسم ، 21 انجمن علمی به همراه 12 شریک صنعتی که 5 شرکت بزرگ تولید کننده سیمان را در بردارد بنا نهاده شد و در 11 کشور اروپایی گسترش یافت و در طول یک چهارم قرن گذشته انقلابی در تکــــنیکهای تجربی برای رسیدگی به مواردی مثل تشـــدید طیف بینی مغناطیســــی هستـــــه ای (nmr) و نیروهــای میکروسکوپی بوجود آورده اند و به شرکای نانوسم امکان دسترسی به ابزارهای پیشرفته را داده است. شرکتهای صنعتی خط شروع مالی برای شبکه ارتباطی فراهم کرده اند و راهنمایی با احترام به پیش بینی علایق بازار فراهم نموده اند. اعضای انجمن علمی مجبور هستند که حداقل یکی از پروژه های تحقیقاتی مستقل مالی را با شبکه ارتباطی تسهیم کنند و باید تحقیقاتشان را به روش تعاونی و مکمل توسعه دهند . کارگاههای اصلی برگزار می شوند تا قسمتهای مهم خالی علمی را پیدا کنند و با ارتباط دادن پروژه های تحقیقاتی ، سعی در پر کردنشان نمایند. این کمیته هدایت کننده شامل 5 نماینده از شرکای صنعتی و 5 نفر از انجمن علمی است . جلسات تجاری دو بار در سال برگزار می شود . برنامه تحقیقاتی شبکه ارتباطی ، چهار پروژه اصلی و پروژه شریکی در دست اجرا داد که شامل موارد زیر است : مجموعه هیدرات که خود متشکل از کربن ، سولفور هیدروژن (c-s-h) می باشد. در حال حاضر مشخص کردن کمی ترکیب وجهه هیدراتی ممکن نیست در حال حاضر مشخص کردن کمی ترکیبی هیدراتی که از هیدرات یک سیستم سیمانی منتج شده است ، ممکن نیست ، مخصوصا زمانی که (scm) هایی مثل خاکستر بادی یا سرباره شامل آنها می شود. هدف این پروژه ها تعیین مواد تشکیل دهنده و استحکام ترکیب وجهی هیدرات است که انتظار مـی رود ، در دمای بالاتر از 50 درجه سانتی گراد اتفاق بیفتد. این تحقیق شامل پروژه های دکترای تخصصی است که به طور پیوسته توسط دانشگاه های ابردین aberdeen بریتانیا ، امپا empa در سوئیس و espcl در فرانسه هدایت می شود. ساختار منفذ توسط nmr : این پروژه امیدوار است تا تنظیم جامعی بر روی هنرهای غیر مخرب ، ابزارهای تکنیکی غیر تهاجمی داشته باشد و آنها را قادر می سازد ، ساختار منفذ هیدرات سیمانها را در حدی که در آن منافذ با آب پر می شوند و قابلیت جابجایی آب در مواد اشباع کننده را تحلیل کنند. نتیجه کار اجازه خواهد داد که دوام و عملکرد بتن به طور بهتری پیش بینی شود . دو گروه از گروههای هدایت کننده در منطقه چرخش پروتنی را دانشگاههای سوری surrey در بریتانیا و پلی تکنیک فرانسه را شامل می شود. فعل و انفعالات ترکیبات آلب آلومینیم با اکسید فلز : این امر یکی از مشکلترین مباحث مربوط به اثر سیمان و فوق روان کننده (خمیر کننده) در بتن است. برای مثال شتاب فوق خمیریازی بر روی فرمهای غیر فعال ( که صورت ترکیب آلی آلومینیم با اکسید فلز نامیده می شود) در طول مراحل اولیه ترکیب سازی بتن می باشد. این پدیده شناخته شده ، منتهی به مصرف مقدار زیاد فوق خمیرسانی در بسیاری از بتن ها و بوجود آمدن مشکلات کاربردی جدی ، زمانی که مواد خام یا شرایط ترکیب تغییر کرده اند ، می شود. این تحقیق توسط سیکا در سوئیس و espc هدایت می شود. واکنش پذیری سیستم سیمانی : در پروژه دکتــــری تــوسط epfl در سوئیس و dtu در دانمارک و دانشگاه آرهوس aarhus دانمارک و دانشگاه لیدز leeds در بریتانیا در دست تحقیق است که بر روی توسعه یک روش برای تشخـــــــیص درجه عکس العمل قسمت جوش سیمانی و به طور مستقل scm ها در سیمانهای چسبیده است. شریک شدن : پروژه های شرکتی در محدوده شبکه ارتباطی ماننده تحقیقات در دست اجرای دانشگاههای bourgogne فرانسه درباره اثر آهن بر روی پیوستگی و ساختار c-s-h در مقیاس نانو از بنیاد تا کاربرد است . برای مثال در موسسه تکنولوژی دنیش danish ، مطالعه ای بر روی مکانیزم زیباشناختی ظاهری بتن بر روی ساختار سرتاسری صورت پذیرفته است. تحقیق و تعلیم : علاوه بر هسته تحقیقات نانوسم که بوسیله شرکای صنعتی در حدود 500 هزار یورو در هر سال از لحاظ مالی تامین می شود ، مرکز مالی eu ، 2/3 میلیون یورو برای چهار سال تحقیق و تعلیم پروژه (rtn) شبکه ارتباطی تحت برنامه ماری کوری ، برنده شده است. این پروژه فهم اساسی مواد سیمانی برای بهبود عملکرد زیباشناختی فیزیکی و شیمیایی نام نهاده شده و بین 10 پروژه دکتری و 5 پروژه فوق دکتری تقسیم شده است که هر کدام بین دو یا چند شریک قسمت می شود. محققان زمانی برای هر منطقه شراکتی در طول پروژه صرف می کنند . موضوعات به چهار گروه تقسیم می شود : کاستن قالب سیمان : این موضوع بع طور اولیه فروسایی سیمان با تاکیر بر حملات سولفات رامی پذیرد . نیروی سایش نیز در این موضوع مد نظر گرفته می شود . این کار ساخت مدل کلی عملکرد سیمان را تامین می کند. بررسی فیزیکی و مکانیکی عملکرد : این مقیاسهای طولانی ، بررسیهای ارتباطی نانو ، ماکرو و ساختــــاری بزرگ برای توسعه ابزارهای در جهت ارزش گذاری عملکرد مهندسی را احاطه می کند. این تحقیق به توسعه اصول تکنیکی و مدلها برای استفاده توسط مهندسین را متحمل می شود. مواد سیمانی جدید : در این گروه از پروژه ها ، مقدار عمده مواد علمی و مهندسی بکار گرفته می شوند تا عملکرد مواد سیمانی بر سطح و حجم را بهبود بخشند. این کاریک رشته نوآوریهای لازم برای بهبود عملکردی و زیباشناختی در طول افزودن محلی را می پذیرد. پروژه های متقاطع : این پروژه ها ورودیهای مهم برای موضوعی که در بالا اشاره شده است را تامین می کند . آنها scmهایی را که به طور افزایشی استفاده می شوند ، در ترکیب با جوش سیمان پورتلند ، در علایق قابل تحمل پوشش داده اند. دستاوردهای جاه طلبانه : شبکه ارتباطی نانو ، خود یک منبع ساختمانی جدید ذهنی جاه طلبانه تنظیم کرده که در دستاورد موثری بر تحقیقات اروپایی بر روی مواد سیمانی می باشد. به طور کلی انجمنهای علمی کوچک و اغلب مجزا ، طرحهایی برای انجمنهای سرمایه گــذاری بین المللی می سازند و در رقابت با دیگر گروههای مواد علمی و دیسیپلین های مهندسین عمران ارزش گذاری می شوند. اغلب مسائلی ناشناخته قابل توجهی درباره این کار در دیگر کــشورها اتفاق می افتد و چنین کارهایی هیچ گاه منتشر نمی شوند. این امر منتهی به دو برابر شدن تلاشهای تحقیقاتی و مطالعه زیاد پارامتری شده است. جایی که نتایج فقط برای ترکیب خاصی از مطالعه مواد خام در دسترس هستند. نانوسم تلاش بیشتری را برای روشن کردن پروژه ها و جمع آوری تجربیات همه شرکا انجـــــام میدهد. کاربرد مواد نانو در صنعت بتن 1. مقدمه مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول ، عرض ، ضخامت ) زیر 100nm باشد تعریف شده اند ، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000 برابر کوچکتر از موی انسان است . به طور کلی ،در یک تقسیم بندی عمومی ، محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد: · فیلمهای نانو لایه ( Nano Layer Thin Films ) برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی · نانو پوششهای حفاظتی (Nano Coating ) برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی · نانو ذرات به عنوان پیش سازنده (Precursor) یا اصلاح ساز (Modifier) پدیده های شیمیایی و فیزیکی · نانو لوله ها (Nanotubes) منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار ( Nanostructured Solid ) جامدی است که در آن انتظام اتمی ، اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرمهای متعددی که وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و . . . ) در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند . تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد . هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد ، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود . منظور از عملکرد چند منظوره ، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند . در مطالب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نوظهور بودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند 2. مواد نانو کمپوزیت مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری ) اولین بار در سالهای 70 معرفی شده اندکه از تکنولوژی سول- ژل(Sol-Gel) جهت انتشار (Disperse) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است . هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای 80 صورت گرفته است ، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه می باشد . در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانوئی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد . زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی ، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد . از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد:· تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیراً به طور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرامیک بوجود آورده است . · ذرات نانویی غیر فلز مانند:نانو سیلیکا ، نانو زیرکونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشد . 3. بتن با عملکرد بالا ([1]HPC) یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملکرد بالا(HPC ) می باشد . این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد . خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد . بنابراین ، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد . روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر ، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می باشد ، از جمله می توان به خاصیت الکترو مغناطیسی ، و قابلیت به کار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و ... را نام برد . 4. نانو سیلیس آمورف در صنعت بتن ، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند . محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود 1/0 تا 1 میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می باشد . می توان گفت که میکرو سیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانو متر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می شود . محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا بصورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشند ، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم([2]SCC) به کار گرفته شده است . نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند: خاصیت ضد سایش ضد لغزش ضد حریق ضد انعکاس سطوح آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica ) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکرو سیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکرو سیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد . تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica ) در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، کار پذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است . آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100 نانومتر می باشد . 5. نانو لوله ها(NANOTUBES) همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولاً الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، کربن و . . . در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی (Carbon Nanotubes ) انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد . نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند . کربن 60 و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند . نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن( وابسته به موسسه ACI شاخه ایران ) ، دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند ، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود 1000 برابر فلز مس می باشد . نانو لوله ها طبقه جدیدی از محصولات می باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده اند . یک نسل جدید از نانو کامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند . بنابراین نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره , بازی می کنند . 6. نتیجه گیری منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جدید ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد ، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه های فراوانی برای کارهای نظری و عملی در دانشگاههای کشور وجود دارد که امید است که با معرفی مصالح با ساختار نانو راه برای گامهای بلندتر در این زمینه باز شود . http://bamemaran.blogfa.com/post-23.aspx کاربرد فناوری نانو در زلزله 1-  کار بر روی ساخت و بهبود خواص سیالات هوشمند از جمله MR و ER با استفاده از فناوری نانو برای استفاده از این سیالات درکنترل های فعال و نیمه فعال و ترکیبی  (میراگرها و محرک ها)؛ یکی از مهم ترین کاربردهای سیالات هوشمند در کنترل سازه ها است، که کار بر روی این سیالات شروع شده است. این فکر شاید 5 یا 10 سال پیش مطرح شده است و غربی ها روی آن کار کرده اند و خیلی از اطلاعاتی که به ما می رسد نتیجه مختصر اطلاعات آنهاست. هم اکنون دو مورد کارهای تحقیقاتی روی کاربرد سیالات MR در کنترل سازه ها در پایان نامه دکتری  دانشجویان در داخل ایران انجام شده است (دکتر زهرایی) میراگر MR در جاهای خاصی استفاده می شود. به طور کلی در مهاربندی های ساختمان ها نقش میرایی و جذب انرژی را به قطعه ای که می تواند یک قطعه پروفیل باشد می دهند، که با نصب قطعات میراگر سیال ویسکوز (MR) و استفاده از فناوری نانو در بهینه سازی رفتار آن می توان انرژی را به خوبی مستهلک کرد، که این روش برای سازه های خاص شاید مناسب باشد ولی برای سازه های معمولی، استفاده از آن خیلی اقتصادی نیست. (دکتر زهرایی) استفاده از میراگرها به علت قیمت گزافی که دارند در ساختمان های معمولی توجیه اقتصادی ندارد، ولی برای سازه های خاص مثل پل های معلق که ارتعاشات کابل های آن زیاد است، می شود از آنها استفاده کرد. کاربرد سیالات MR به صنعت ساختمان مربوط نمی شود و مثلاً در ساخت پای مصنوعی برای تغییر سختی قسمت زانو در موقعیت های مختلف حرکت پا استفاده می شوند و همچنین برای کنترل ارتعاشات مکانیکی ابزارها و وسایل دیگر می توان از آنها استفاده کرد. در مورد این میراگر ها، کاربرد فناوری نانو به ساخت سیالات مربوط است. (مهندس قربانی) در مورد میراگرهای MR دو بخش مطرح می شود، یک بخش که سیال و ماده درون میراگر است و بخش دیگر ابزار و بدنه میراگر است که در مورد بخش ساخت سیال که به حوزه کاری مواد و متالورژی مربوط می شود، جنس این سیال ها مطرح است که از ذرات ریز می باشد و فناوری نانو در این بخش می تواند اثر داشته باشد، کما اینکه کار بر روی ذرات نانو مغناطیس نزدیک به 8 سال است که در دنیا شروع شده است و در جند سال اخیر هم در کشور ما مطالعات و پیشرفت های زیادی در این زمینه صورت گرفته است. (دکتر عطایی) مواد مغناطیسی دو نوع هستند، یکی بر مبنای آلیاژهای فلزی که خواص بهتر و یک سری محدودیت های خاص دارند و گروه دیگر بر پایه مواد اکسیدی که مغناطیس های سرامیکی یا  فریت ها هستند. از جمله مواد مغناطیسی، فروسیال ها هستند که عمدتاً ماهیت سرامیکی دارند و طبیعتاً اکسید آهن می باشند. اندازه اینها باید به حدی ریز باشد که بتوانند حالت معلق شدن را در داخل محلول نگهدارنده، داشته باشند. در واقع سنتز این مواد مغناطیسی در حد نانو و مشخص کردن خواص ماده سنتز شده حاصل، احتیاج به تجهیزات پیشرفته ای دارد، که بخش عمده آن در دانشکده های مختلف کشور وجود دارد. عمدتاً تهیه این ذرات در حد نانو به روش احیای درجا HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn1#_ftn1" \o "" [1] صورت می گیرد، علاوه بر آن می توان این نانو ذرات را با روش های شیمیایی از محلول گرفت. به هر حال از دید سنتز و تهیه مواد در کشور مشکلی وجود ندارد و نیازمند یک تیم تحقیقاتی بین رشته ای است که در قسمت های مختلف این میراگر کار کند. کاربرد این مواد فروسیال تنها در مورد کنترل سازه ها نیست و اگر کار تحقیقاتی صورت بگیرد همه بخش ها می توانند از نتایج آن بهره مند شوند. شناخت کافی روی این مواد وجود دارد و نیازمند کار بیشتر است. (دکتر عطایی) ساخت کل میراگر می تواند یک طرح تحقیقاتی باشد که باید به چند زیر پروژه شکسته شود و متخصصین از رشته های مختلف روی آن کار کنند. (دکتر عطایی) سنتز نوعی فروسیال در پژوهشکده رنگ انجام شده است و در خصوص بهینه سازی و کنترل خواص با استفاده از فناوری نانو می توان کار کرد. تقسیم بندی سه گروه این سیال ها ER, MR) و فرو ( از لحاظ مزایا و معایب نیز صورت گرفته است. این سیالات کاربردهای متنوعی دارند که یکی از آنها در کنترل سازه است. آهن کربنیل یک ماده تقریباً آلی است که در ساختار سیالات MR وجود دارد و سنتز ذرات اینها نسبت به فروسیال ها مشکل تر است. (مهندس قاسمی) در سیستم های کنترلی و میراگرهای MR لازم است که عکس العمل های سریعی نسبت به  لرزش های ثبت شده توسط حسگر در طول زمان صورت بگیرد که امکان دارد این تغییر حالت های سریع، انرژی زیادی را در سیال درون میراگر ذخیره کند و دمای سیال از ابتدا تا انتهای زلزله مقدار زیادی بالا برود که قطعاً روی خواص رئو لوژیکی سیال تاثیرگذار است که احتمالاً این محدودیت ها با استفاده از نانو فناوری برطرف شوند. (دکتر حسینی )  در سنتز ذرات در حد میکرون یا نانو از جنس آهن، کبالت یا نیکل که در سیالاتMR وجود دارند، به علت فعال بودن ذرات مشکل اکسیداسیون به وجود می آید و سنگین بودن این ذرات سرامیکی در پایدار نگه داشتن آنها مانع ایجاد می کند. مزیت این ذرات خاصیت پذیرش مغناظیسی زیادی است که دارند. می توان با نانو فناوری روی این سیالات کار کرد که با توجه به نوع سیال و مشکلات موجود اقتصادی به نظر نمی آید. (مهندس قاسمی) در حد تحقیقات لازم است گروهی بین رشته ای تشکیل شود و روی این میراگر ها کار کند و در انتها ما به یک تکنولوژی دست پیدا می کنیم، که می توانیم در زمینه های مختلف از آن استفاده کنیم. (مهندس قاسمی) با توجه به گران بودن سیالات MR و مشکلات تهیه آن ها می شود با تغییر نانو سایز ذره ها خاصیت حد تسلیم برشی را هم در مواد فروسیال افزایش داد تا بتوان از فروسیالات در ساخت میراگرها استفاده کرد. (مهندس قاسمی)  2- ساخت و بهبود خواص مواد HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn2#_ftn2" \o "" [2]SMA با استفاده از فناوری نانو برای استفاده از این مواد در قطعات کنترل غیر فعال سازه ها؛ برای استفاده از مواد جدید در اجزای سازه ای، لازم است منحنی رفتاری آنها مشخص شود و بعد از یک سری کار تئوریک، عملکرد این مواد در سازه ها بررسی شود. بررسی پدیده خستگی در این مواد نیز لازم است، به هر حال تکنولوژی ساخت، قسمت اصلی کار است که می توان با نانو فناوری روی آن کار کرد. (دکتر سروقدمقدم ) کاربردهای متنوعی هر روز برای این مواد متصور می شود. مثلاً در سوزن های مورد استفاده در پزشکی، سیستم ارتودنسی، صنعت ساختمان و غیره، ساخت این آلیاژها پروسه پیچیده ای دارد و بعد از آن ارزیابی خواص این مواد است. در ایران روی نوعی از این مواد (Nitinol) کارهای مختصری صورت گرفته و ادامه دارد؛ در عین حال در زمینه استفاده از نانو فناوری برای بهینه سازی خواص مطلوب آنها فعالیت هایی شروع خواهد شد. این مواد دو خاصیت عمده فوق الاستیکی HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn3#_ftn3" \o "" [3] و حافظه داری HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn4#_ftn4" \o "" [4] را تواماً دارا هستند که این خواص لزوماً بهینه نیستند و بهینه سازی هر کدام از آنها روی خاصیت دیگر تاثیر می گذارد. به علت حساس بودن فرآیند آنالیز، در ساخت اینها از مواد اولیه با خلوص بالا استفاده می شود. اساساً وارد شدن بحث نانو فناوری در این موارد قضیه را پیچیده می کند به صورتی که کار بسیار جدیدی است که در دنیا تازه شروع شده است. (دکتر رایگان) در مهندسی عمران که با ابعاد ماکرو سر وکار داریم، در خلقت مصالح رفتارهای بسیار جالبی وجود دارد، که در مقیاس های ریز می شود آنها را تصحیح کرد، فولاد جزء بهترین مصالحی است که در طبیعت وجود دارد و دارای خواص ارتجاعی HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn5#_ftn5" \o "" [5]، کشسانی HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn6#_ftn6" \o "" [6] و کار سختی HYPERLINK "http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204" \l "_ftn7#_ftn7" \o "" [7] است، اگر در فولاد خصوصیت کارسختی وجود نداشت، جذب انرژی هم به خوبی صورت نمی گرفت. در سیستم های کنترلی خیلی ساده ای که در کشور روی آنها کار کرده ایم، محدودیت های شکل پذیری، خستگی و تغییر شکل های ماندگار مصالح برای این سیستم ها مشکل ایجاد می کند. مثلاً برای ساخت یک    Mild Steel  معمولی در کشور محدودیت های زیادی وجود دارد که این محدودیت ها را می توان با فناوری های نانو و سیستم های پیشرفته حل کرد. (دکتر حسینی) استفاده از این مواد در میراگرهای اصطکاکی جاری شونده و انجام کارهای تحقیقاتی با استفاده از توانمندی های نانو فناوری برای بهتر کردن خصوصیات میراگرها و برای پیش بردن دانش فنی لازم است. (دکتر سروقدمقدم).  3- استفاده از فناوری نانو برای بهبود خواص لاستیک های به کار رفته در سیستم های جداگر لرزه ای؛ در صنعت لاستیک و کامپوزیت های مورد استفاده در سازه ها، استفاده از لاستیک های خاصی که قابلیت میرایی بالا و قابلیت تغییر شکل برشی زیاد دارند، کیفیت بهتری به سیستم جداگر لرزه ای می دهد که با نانو فناوری می توان این خواص را در لاستیک ها ایجاد کرد. (دکتر زهرایی) یکی از سیستم های بسیار خوب سیستم جداگر لرزه ای است که با فناوری های خاصی که دارد، وقتی اجرای آن در کشور اقتصادی و منطقی است که بتوانیم خودمان آن را بسازیم و از فناوری جدیدی مثل نانو در بهبود خواص آن استفاده کنیم. (دکتر حسینی) در یکی از قسمت های سیستم های جداگر لرزه ای، در مورد بهبود خواص لاستیک و بالابردن عمر مفید آن با استفاده از نانو فناوری می توان تحقیقاتی را انجام داد. (دکتر سروقدمقدم) در لاستیک هایی که در سیستم جداگر لرزه ای استفاده می شود، خواص مشخصی لازم است که میرایی بالا و توانایی تحمل تغییر شکل برشی از آن دسته اند، یعنی اگر بتوانیم از لاستیک منحنی رفتاری نیرو تغییر مکان های دو خطی به دست بیاوریم که کرنش های بالا را در اتصال سیستم جداگر لرزه ای تحمل کند و بدون خرابی به حالت اول برگردد، توان استهلاک انرژی فوق العاده بالایی به وجود می آید که می توان با استفاده از فناوری نانو بر روی این خواص کار کرد.       (دکتر زهرایی)  4- استفاده از نانوسنسورها، نانو سیم ها و قطعات الکترونیکی کوچک بر ثبت شاخص های کنترل سیستم های مختلف (کرنش، جابجایی، شتاب انرژی جذب شده و ...) و تصویر کردن وضعیت سلامت داخلی اجزای سازه در ابزار های کنترل غیر فعال؛ حسگرها یکی از زمینه های وسیعی است که ما در کنترل سازه ها نیاز داریم، این قطعات الکترونیکی نه تنها در روش های فعال، بلکه در روش های غیر فعال و برای تصویر کردن وضعیت سازه ها به کار می روند، که می توان با استفاده از نانو فناوری قابلیت های آنها  را افزایش داد. (دکتر زهرایی) http://www.nano.ir/paper.php?PaperCode=204