Vật liệu của tương lai ngay từ thời điểm hiện tại
Công nghệ nano đang làm biến đổi các thuộc tính của vật liệu xây dựng, cải thiện chất lượng và cấu trúc của các loại vật liệu.
Để chế tạo bê tông siêu bền và có tuổi thọ cao, các hạt nano siêu nhỏ, siêu phân tán được ứng dụng. Các nghiên cứu, sản xuất trong lĩnh vực này hiện nay đều mang tính cấp thiết. Các nhà sản xuất lớn nhất thế giới có thể kể tới là Maiti (Nhật Bản), BASF (Đức), Zika (Thụy Sĩ), Elkem (Na Uy).
Tuổi thọ của bê tông có thành phần nano ước tính tới 5 thế kỷ. Bê tông nano được sử dụng để xây dựng các lò phản ứng hạt nhân, các lớp vỏ bảo vệ, cầu nhịp lớn, các tòa nhà chọc trời và nhiều kết cấu xây dựng lớn khác.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo thép nano, đây là một bước tiến quan trọng, bởi tới nay, chưa có vật liệu nào sánh được với nó về chỉ số cường độ. Thép siêu bền là vật liệu lý tưởng để xây dựng các công trình thủy và công trình cầu đường. Các lớp phủ nano composite và polymer sẽ gia tăng tuổi thọ của các kết cấu nhờ tăng khả năng chống ăn mòn cho kết cấu trong các môi trường xâm thực.
Để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và các nhà xây dựng, các vật liệu xây dựng và các kết cấu mới không ngừng được nghiên cứu, phát triển. Nhiều sản phẩm vật liệu xây dựng đã được sản xuất với ứng dụng công nghệ nano, ví dụ như sơn, vữa hoàn thiện, các vật liệu cách nhiệt…
Giám đốc kỹ thuật của Tập đoàn Rosnano - ông S.Kalyuzhny cho biết, hiện nay, vật hỗn hợp omposite đang rất được nhiều người quan tâm. Đó là những loại vật liệu kết cấu có chất liệu nền từ kim loại, ceramic hoặc polymer ở nhiều cấp độ khác nhau. Nhựa carbon là một ví dụ điển hình của vật liệu này, được chế tạo với vật liệu nền polymer và sợi carbon.
Năm 1990, nhà thực vật học người Đức Wilhelm Bartlott đã phát hiện ra “hiệu ứng hoa sen”. Trong bông hoa sen có những tuyến tiết ra một chất sáp bao bọc các cánh hoa. Mỗi bông sen được bao phủ bởi chất này sẽ “miễn nhiễm” đối với khí ẩm và nước. Các nhà khoa học Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu một lớp phủ nano có đặc tính tương tự. Sau nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm, họ đã thành công và sản xuất ra một loại vật liệu sơn phủ nano. Vật liệu này đã được áp dụng để sơn phủ mái vòm hình trứng là bằng kính và titan của công trình Nhà hát lớn Bắc Kinh. Nhờ loại sơn này, mái vòm của công trình không chịu sự tác động của nước, khí ẩm và không bị nhiễm bẩn.
Theo các chuyên gia về công nghệ nano, các loại sơn không thấm nước dành cho các mặt ngoài các tòa nhà sẽ là loại vật liệu có tiềm năng ứng dụng lớn trong những năm tới.
Theo ông Vladimir Nikolaienko đến từ Công ty KvartalStroy, trước khi ứng dụng nano vào sản xuất thực tế, các nhà khoa học đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm, thử nghiệm để kiểm tra các tính năng của sản phẩm về tính chịu ăn mòn, mài mòn, an toàn đối với sức khỏe… Nhiều sản phẩm được chế tạo trong phòng thí nghiệm nhưng không đưa được vào áp dụng trong thực tế. Do đó, điều quan trọng là cần sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà khoa học và các doanh nghiệp xây dựng, doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng.
Tiết kiệm với các vật liệu nano
Tiết kiệm năng lượng là một xu thế trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ nano. Trung tâm KHCN Thượng Hải (Trung Quốc) đã nghiên cứu một sản phẩm thú vị - lớp tráng phủ mờ có thể tích tụ năng lượng mặt trời. Lớp phủ này được ứng dụng cho tường nhà, cửa sổ và cửa ra vào. Đồng thời với việc trang trí bề mặt nhà, lớp phủ còn thực hiện chức năng của pin năng lượng (năng lượng mặt trời) và giúp tiết kiệm điện.
Đầu thế kỷ XX, tại trường Cao đẳng Thái Bình Dương (Stockton, bang California, Mỹ), nhà khoa học Mỹ Samuel Kistler đã có một khám phá vĩ đại - chất nanogel trong suốt (aerogel). Những thuộc tính của chất liệu này gây sự kinh ngạc, và hiện nay đang được tích cực ứng dụng trong các hệ thống mái lợp tiết kiệm năng lượng. Nanogel và aerogel có đặc tính cách nhiệt và cách âm cực cao.
Màng phim cải tiến Cool-Colors được chế tạo để bảo vệ các cửa sổ màu PVC khỏi bức xạ hồng ngoại (nhiệt). Màng phim có một sắc tố đặc biệt có khả năng loại trừ xấp xỉ 80% tia hồng ngoại, do đó ngăn ngừa kết cấu bị nung nóng. Theo ông L. Minullin, Giám đốc phát triển Tập đoàn PROPLEX (nhà nghiên cứu và sản xuất hệ thống cửa sổ PVC lớn nhất của Nga) - vào một ngày trời trong xanh với nền nhiệt độ +25oC, các khung cửa sổ màu có thể bị nung nóng đến +50°C, dẫn đến biến dạng về mặt hình học.
Lớp màng phim sẽ bảo vệ mọi căn phòng khỏi bị nóng, giữ cho các cửa sổ không chịu tác động từ ánh nắng mặt trời, nhờ đó, độ bền của cửa sổ tăng đáng kể, đồng thời giảm được chi phí cho điều hòa không khí.
PROPLEX đang tích cực nghiên cứu các tính chất của màng phim này và hiện thực hóa vào thực tế cuộc sống. Hiện nay, Tập đoàn có thể cung một loạt khung cửa nhựa PVC có lớp phủ hoa văn gỗ gụ, gỗ sồi và vàng. Để sản xuất các khung cửa “kim loại bạc”, màng phim cải tiến cũng được sử dụng. Hiệu ứng 3D trực quan được tạo ra đối với hệ thống cửa sổ sau khi tráng phim lên các khung. Sơn kim cương có trong thành phần phim tạo nên hiệu ứng này. Các loại sơn có đặc tính rất độc đáo - tùy vào góc chiếu sáng khác nhau, màu sắc sẽ thay đổi, và màu sơn có thể thuần khiết hay bão hòa. Màng phim cải tiến sẽ tạo bề mặt nhẵn của màu kim loại mô phỏng chất liệu bạc, và bản thân khung cửa sổ sẽ có hình thức “ba chiều”.
Bề mặt của cửa sổ gợi cảm giác có mành che nhờ sử dụng sơn kim cương. Trên bề mặt màng phim, các lỗ rỗng li ti được hình thành. Trong quá trình mạ các khung PVC, màng có thể hoàn toàn bao phủ kết cấu và lặp lại chính xác những dạng hình học phức tạp của sản phẩm.
Công nghệ nano tại Nga
Liên bang Nga hiện nay chưa có nhiều thành tựu trong lĩnh vực công nghệ nano, mặc dù công nghệ này đã tương đối phổ biến trên khắp thế giới. Các nghiên cứu cơ bản trong xây dựng ứng dụng và công nghệ nano ở nước ngoài dựa trên các nghiên cứu của các trung tâm khoa học lớn và có uy tín. Các doanh nghiệp xây dựng của Nga chưa có khả năng độc lập tài trợ cho việc nghiên cứu. Trong bối cảnh đó, Tập đoàn quốc gia Rosnano được thành lập với mục đích tài trợ cho các nghiên cứu khoa học, các dự án ứng dụng và các nghiên cứu công nghệ nano.
Ống nanocomposite là một dự án đã được nghiên cứu thành công tại Nga. Sản phẩm của dự án có thể được sử dụng cho hệ thống sưởi, cung cấp khí đốt và cấp nước. Cùng với các nhà khoa học thuộc trường Đại học Kỹ thuật Quốc gia A.Bauman, công ty “Máy đùn ép” đã nghiên cứu và sản xuất thành công ống nanocomposite. Các ống này có các đặc tính kỹ thuật và khai thác cao gấp hàng chục lần so với các sản phẩm cùng loại. Các ống mới cũng vượt trội do giá thành khá cạnh tranh.
Một xu hướng cũng được nhiều doanh nghiệp quan tâm, đó là nghiên cứu và sản xuất vật liệu composite cốt sợi thủy tinh, loại vật liệu có tiềm năng thay thế tuyệt vời cho cốt thép truyền thống. Công ty “Komparm” là nhà sản xuất vật liệu composite cốt sợi thủy tinh hàng đầu của Nga hiện nay. Vật liệu cải tiến đã vượt qua hàng loạt thử nghiệm; các nhà khoa học cũng đã làm rõ nhiều đặc tính độc đáo của vật liệu - trọng lượng nhẹ (nhỏ hơn thép 5 lần),không bị ăn mòn và cường độ cao.
Các sản phẩm vật liệu xây dựng nano rất phong phú. Các dạng ống mới, các loại bê tông, thép, sơn cải tiến tự làm sạch, màng phim nano cho các kết cấu trong suốt - đều được áp dụng thành công trong các dự án xây dựng hiện đại của Nga. Có thể nói, Nga là một quốc gia không hề thua kém thế giới trong việc ứng dụng công nghệ nano vào xây dựng. Các nhà khoa học của Nga đang tiếp tục đề xuất nhiều nghiên cứu mới; Chính quyền bắt đầu quan tâm nhiều hơn tới việc nghiên cứu khoa học và phát triển các công nghệ nano ứng dụng thông qua việc tăng cường đầu tư cho các dự án.Trưởng khoa Công nghệ ứng dụng, GS. TS. Alexander Gerasimov (Đại học quốc gia Voronhez) cho rằng, để phát triển và ứng dụng công nghệ nano vào xây dựng một cách bài bản, rất cần đội ngũ chuyên gia có trình độ cao. Để đào tạo, cần phải thay đổi quy trình giáo dục.
Công nghệ nano phát triển rất mạnh mẽ và bắt đầu mang tính chất liên ngành. Để Nga tiến nhanh trong việc phát triển và ứng dụng các công nghệ nano, cần áp dụng nhanh, áp dụng tối đa các sáng kiến khoa học./.
Nguồn:Báo điện tử Nanotech (Nga) tháng 1/2017
ND: Lệ Minh