در این مقاله، در مورد یک حوزه که در آن نانوذرات به طور موفقیت‌آمیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند بحث خواهد شد. این حوزه استفاده از نانوذرات در مواد کامپوزیت، به ویژه در ساخت ملات‌های سیمان تقویت‌شده است. تحقیقات اخیر شواهدی ارائه داده است که افزودن نانوذرات به بتن می‌تواند با آغاز واکنش هیدروژن و پر کردن میکروتخلخل‌های ساختار خمیر سیمان، مقاومت آن را بهبود بخشد.
دیگر یافته‌ها نیز نشان داده‌اند که نانوگونه‌های کربنی، به طور خاص، نانولوله‌ها و گرافن، به روش‌های مختلف پتانسیل بالایی برای تقویت سیمان به جز بهبود استحکام آن دارند. داده‌ها نشان داده است که افزودن نانوذرات بر خواص مختلف مکانیکی و الکتریکی بتن تأثیر می‌گذارد. در حال حاضر، هنوز در ابتدای توسعه دانش نسبت به نانوذرات هستیم. از لحاظ بهبود سیمان، ما می‌دانیم که استحکام و خواص ویژه آن را می‌توان بهبود بخشید، اما در مقایسه تأثیر نانوگونه‌های مختلف بر روی استحکام و سفتی کمبود داده وجود دارد.
دانشمندان در سراسر مؤسسات مختلف یونان به توسعه این دانش کمک کرده‌اند. در ماه ژانویه سال ۲۰۲۱، این تیم مقاله خود را در مجله Sensors منتشر کرد، که در آن جزئیات نحوه ارزیابی عملکرد ملات تقویت‌شده با فناوری نانو با استفاده از آزمون غیرمخرب شرح داده شده‌است.
افزایش استحکام سیمان با استفاده از نانوذرات
توزیع و تراکم همگن محصول آبپوشیده ملات سیمان، معمولاً ژل‌های کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) حاصل از آبپوشی دی‌کلسیم سیلیکات (C2S) و تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) به مقاومت مکانیکی آن مربوط می‌شود.
افزودن نانوذرات به ملات سیمان این مقاومت مکانیکی را افزایش داده و و با کاهش تخلخل دوام آن را افزایش می‌دهد. این کار با تحریک واکنش آبپوشی و نیز پر کردن میکروتخلخل‌های سیمان انجام می‌شود.
انتشار امواج صوتی روشی غیرمخرب برای ارزیابی بتن
این مطالعه با استفاده از آزمون غیرمخرب تأثیر دو نوع نانوذره را بر روی خواص ملات‌های سیمانی مورد بررسی قرار داد. تأثیر نانولوله‌های کربنی (CNTs) بر روی ویژگی‌های مکانیکی فشاری، الکتریکی، خمشی و ترک‌خوردگی ملات نسبت به نانوپلاکت‌های گرافن (GNP) مقایسه شد.
دانشمندان برای ارزیابی یکپارچگی ساختاری بتن از انتشار امواج صوتی (AE) به عنوان روشی غیرمخرب استفاده کردند. مواد، سیگنال‌های انرژی را از نقاط مختلف به صورت امواج الاستیک آزاد می‌کنند که از طریق مواد حرکت می‌کنند. آن‌ها به صورت انرژی صوتی منتشر می‌شوند، توسط AE جمع می‌شوند و برای جمع‌آوری داده‌ها در مورد خواص مواد مورد آنالیز قرار می‌گیرند.
قابل‌ذکر است که این روش برای کشف نواحی آسیب‌دیده از نظر یکپارچگی سازه راهکاری موفق است و می‌تواند میزان آسیب را اندازه‌گیری کند. مطالعات نشان می‌دهد که AE می‌تواند آسیب‌های سازه نظیر ترک، خستگی و خوردگی را در گستره‌ای از مواد از جمله بتن و کامپوزیت تشخیص دهد. این تیم از این تکنیک برای مقایسه تفاوت‌های ساختاری بین ملات‌های بتن تقویت‌شده با CNT ها و موارد تقویت‌شده با GNP استفاده کرده است.
این تیم نشان داد که GNP ها نسبت به CNT ها در بهبود خواص ملات موثرتر هستند (این ویژگی برای ملات‌های تقویت‌شده با GNP ۲۱.۵۲ درصد بیشتر از ملات‌های تقویت‌شده با CNT بود.) علاوه بر این، آنالیز AE نشان داد که ملات‌های حاوی ۰.۴ درصد وزنی CNT، ۴۷۹ درصد انرژی شکست را بهبود بخشید. ملات‌های تقویت‌شده با GNT بهبود بیشتری را نشان داد، در مقایسه با نمونه شاهد با افزایش ۱ درصد وزنی، انرژی شکست 870 درصد بهبود یافت.
ارزیابی‌های بیشتر نشان داد که خواص الکتریکی ملات‌های تقویت‌شده با CNT بهبود یافته‌است؛ آزمایش‌ها افزایش سه برابری رسانایی الکتریکی ماده را در مقایسه با نمونه شاهد نشان داد. این تحقیق بر پتانسیل ملات‌های تقویت‌شده با GNT در توسعه کامپوزیت‌های جدید با کیفیت بهبودیافته تاکید دارد. این امر به صنعت ساخت‌وساز کمک می‌کند تا تا نیاز به مواد با مقاومت بالا در برابر شکست را برآورده کند.
داده‌ها همچنین پتانسیل توسعه ملات‌های تقویت‌شده با CNT را به موادی با افزایش ویژگی‌های الکتریکی نشان می‌دهد. علاوه بر این، تحقیقات نشان می‌دهد که AE روشی قابل‌اعتماد برای آنالیز مصالح بتنی و ارزیابی تأثیر ترکیب نانوذرات است. این امر راه را برای تحقیق بیشتر در مورد تأثیر انواع دیگر نانوذرات بر روی خواص چندگانه بتن و سایر مواد باز می‌کند. ترکیب فناوری نانوذرات و آزمون غیرمخرب فرصتی برای ایجاد مواد جدید فراهم می‌کند که نیازهای متغیر نه تنها ساخت‌وساز بلکه الکترونیک، بیوتکنولوژی، شیمی، انرژی و موارد دیگر را برآورده می‌کند.
درباره نویسنده «سارا مور»
سارا کارشناسی روانشناسی، کارشناسی ارشد علوم اعصاب شناختی و بالینی دارد. او پس از مطالعه روانشناسی و علم اعصاب، به سرعت لذت و شادی خود را در تحقیق و نوشتن مقاله‌های تحقیقاتی پیدا کرد.
سارا افتخار می‌کند که نزدیک به ۵ سال به عنوان نویسنده، پژوهشگر و ویراستار با تعدادی از صنایع همکاری کرده و مجموعه‌ای از آثار را تولید کرده‌است.