در این زمینه به فناوری بکار رفته در ساخت شیشه های خود تمیز شونده ، تشریح عملکرد سطوح دفع آب ، سطوح آبدوستی و مکانیزم خـود تمیز شوندگـی اشاره گردیـده است . همچنین عملکـرد شیشه های رنگی حاوی نانو ذرات و شیشه های ذخیره کننده انرژی بیان گردیده است .
مقدمه :
امروزه پیشرفت فعالیت ها در حوزه نانو مواد با پشتوانه و سرمایه های روز افزون مالی ادامه دارد و شرکتها به دنبال شناخت روشهای جدید هستند . پیشرفت در روش های تولید با کیفیت و بازدهی محصول را بهبود می بخشد و باعث ایجاد افقی روشن در زمینه تولید انبوه می گردد . عمومی شدن بحث فناوری نانو و سود دهی بالای آنها موجب شده تا بیشتر محققان در زمینه گسترش کاربردهای فناوری نانو به کار خود ادامه دهند . نیرومحرکه همه این فعالیتها ، گسترش مداوم نانو مواد به علاوه خصوصیات و قابلیتهای جدیدی است که کشف شده است . همچنین برای افزایش تعداد تقاضا برای نانو مواد ، نوآوریهایی انجام می شود تا عملکرد آنها اصلاح یافته و سود دهی افزایش یابد . در بسیاری از حوزه ها مانند خودرو که صنایع در آن به حد رشد رسیده اند ، استفاده از نانو مواد در واقع تلاش برای مرگ و زندگی است . به عبارت دیگر استفاده از نانو مواد در این صنایع و دیگر صنایع به عنوان روش کسب برتری در بازار ، دائماً در حال گسترش است . بنابراین در این مقاله به کاربردهای فناوری نانو در صنعت تولید شیشه خودرو و مزایای استفاده از این فناوری ها اشاره گردیده است و تحقیقاتی که در این زمینه در مرکز تحقیقات شرکت سایپا شیشه در این خصوص صورت گرفته است ، بیان گردیده است .
الف ) شیشه های خود تمیز شونده :
شیشه های خود تمیز شونـده ( فتوکاتالیتی + آب دوستی ) از سـال 2002 در بـازار در دسترس بوده اند و هـر روز نیاز و تقاضا استفاده از آن شیشه هـا افزایش می یابد که برای عمـل خـود تمیز شوندگی این شیشه ها نور UV به عنوان یک پیش شرط لازم است . بنابراین شیشه هـا را می توان تنها برای سطوح خارجی بکار برد . با اعمال پوشش خـاص ( اکسیدتیتانیوم ) و بکارگیـری UV که در بخشی از نور خورشید وجود دارد ، تشکیل اکسیژنی فعال بر روی سطح شیشه تسریع می گردد.
این اکسیژن به لکه های چربی آلی روی سطح شیشه حمله کرده و با تجزیه سطح تماس بین شیشه و چربی چسبندگی کاهش می یابد و چربی می تواند بهتر شسته شود ، بنابراین چربی بطور کامل خـارج می شود . به طور طبیعـی شیشه هایی با ترکیبی از خواص فتوکاتالیتی و آب دوستی تحت عنـوان شیشه های خود تمیز شونده نامیده می شوند.
در ساخت شیشه ، لیزرهای فتوکاتالیتی روی نوارهای شیشه ای داغ در دمای بالای c ° 600 پاشیده می شوند . این فرآیند پوشش دهی پیرولیز ( PYROLYSIS ) نامیده می شود که از دهـه 60 برای محافظت در برابر اشعه خورشید و پوشش های عایق حرارتی استفاده شده است . پوشش های فتوکاتالیتی بسیار پایدارند و نیاز به تجدید و بازسازی دوباره ندارند . پوشش های با ضخامت 40 نانومتر را می توان به روش CVD اعمال نمود .
عمل دفع چربی و سطوح تمیز شونده روی سطح شیشه :
lسطوح دفع آب ( HYDROPHOBIA ) :
ـ با بکار بردن پوشش های خاص ، امکان افزایش کشش سطحی شیشه وجود دارد . احتمالاً بهترین مثال شناخته شده ، سطح یک جسمی است که به تازگی واکس زده شده است . در این حالت به راحتی می توان اثر آب گریزی را مشاهده کرد . به دلیل کشش سطحی افزایش یافته ، آب دفع شده و به شکل دانه هایی جریان می یابد . در این حالت به دلیل آنکه سطح واکس زده شده است ، آب نمی تواند به سطح بچسبد . در واقع به دلیل همین رفتار آب است که به این ویژگی آب گریزی گفتـه می شـود . HYDRO آب است و PHOBIA به معنای تـرس می باشـد. در واقـع اصطلاح HYDROPHOBIA ترس آب را از چیزی بنام سطح توصیف می کند .
ـ دراین حالت آب به شکل قطرات و دانه هایی متراکم و به دنبال این رفتارسعی می کند که از سطح فرار کند . عمل تمیز کنندگی این پوشش ها به این علت است که نه تنها آب ، بلکه لکه چربی ها و آلودگی ها نیز قادر به چسبیدن به سطح نیستند و همین باعث می شود که اگر بر روی سطح آب ریخته شود یا بعدها باران ببارد ، سطح شسته می شود . ( لکه چربی ها دفع می گردند و سطح به راحتی تمیز می شود . )
ـ به دلیل کشش سطحی بالاتر ، نیاز است قطرات آب قبل از چکیدن وزن بالاتری بدست آورند. قطرات کوچک به اندازه کافی سنگین نبوده و حتی بر روی سطوح لعاب کاری شده ممکن است خشک شده و بر روی شیشه بصور لک و خال ، اثرات آنها باقی بماند . هر آلودگی چسبنده از سطوح HYDROPHOBIA خیلی آسان تر از سطح یک شیشه معمولی می توانند خارج شوند .
تشکیل فیلم :HYDROPHILIC
ـ با عمل آب دوستی (HYDROPHILIC به معنی دوست داشتن ) کشش سطحی کم می شود. در چنین حالتی قطرات آب بر روی سطح پخش شده و یک فیلم آب بر روی سطح تشکیل می دهند . تشکیل این فیلم آب دو مزیت دارد : مقدار یکسانی آب سطح بزرگتری را خیس می کند . این عمل بطور طبیعی راندمان تمیز کـاری را در مقایسـه با سطح شیشه های معمولـی بهبود می بخشد . دوم این که هیچ قطره بارانی بعد از باران باقی نمی ماند و فیلم آب جریان می یابد . بدین ترتیب شیشه سریعتر خشک شده و هیچ اثری از لکه باران روی شیشه باقی نمی ماند.
مکانیزم خود تمیز شوندگی :
ـ تیتانیا یک ماده نیمه هادی است که باند ممنوعه نسبتاً وسیع ( حدود2/3 الکترون ولت ) دارد. وقتی یک پرتو نور با انرژی مساوی یا بالاتر از 2/3 الکترون – ولت به آن بتابد ، الکترون از باند ظرفیت خارج شده و به باند هدایت می رود . بدین ترتیب یک حفره در باند ظرفیت و یک الکترون در باند هدایت ایجاد خواهد شد . در نتیجه این عمل یک جفت الکترو – حفره بوجود می آید . یون های هیدروکسیل ( OH ) در داخل حفره می افتد و منجر به تشکیل رادیکال های هیدروکسیلی می شوند که عاملین اکسیداسیون بسیار قوی هستند .
وقتی که تله ها برای الکترون ها گونه های اکسیژنی باشند ، منجر به تشکیل گونه های سوپر اکسیدی O 2 می شوند که عوامل کاهنده قوی هستند . تولید این عوامل کاهنده و اکسید کننده قوی سبب می شوند تا ماده آلی به CO 2 یا H2O تبدیل شود . بدین ترتیب قدرت چسبندگی ماده آلی روی سطح شیشه کم شده و محصولات تولید شده حاصل از واکنش چربی ها با پوشش در اثر وزش باد یا بارش آب باران از سطح جدا می شوند.
ـ در محیط هایی که میزان نور و اشعه UV برای فعال شدن خاصیت کاتالیستی کافی نباشد ، انرژی برای خارج کردن الکترون های باند ظرفیت تیتانیا کم است . برای کاهش باند ممنوعه تیتانیا اگر بخواهیم دوباره جفت الکترون – حفره ها را با هم ترکیب کنیم ، به دنبال آن خاصیت فتوکاتالیستی کم می شود
برای رفع این مسئله یک راه مناسب برای کاهش باند ممنوعه تیتانیا دپ کردن یون های فلزی به تیتانیا است . به دنبال این کار خاصیت فتوکاتالیستی ، آنتی باکتریال و خود تمیز شوندگی تا حد زیادی بهبود می یابد .
ـ مزایا و ویژگی های شیشه های خود تمیز شونده:
- پس زدن آب و روغن از روی سطوح
- عدم چسبیدن آلودگی و کثافات بر روی سطوح
- پاک شدن گل و لای بوسیله آب باران
- عدم رسوب گرفتن سطوح
- ممانعت از خوردگی شیشه
- بکار بردن این شیشه ها در خودرو باعث می شود سطح شیشه اتومبیل تا 000/50 کیلومتر بدون برف پاک کن تمیز بماند
- افزایش استحکام و مقاومت شیشه در برابرخش افتادگی
- جلوگیری از تشکیل اثر انگشت روی شیشه
- تا 20 % شیشه روشن تر و شفاف تر می شود
- تا 30 % سطح شیشه یکنواخت تر می شود
- افزایش دید از طریق شیشه در شرایط بد آب و هوایی
- کاهش انتقال صدا تا 24 % در مقایسه با شیشه های معمولی
- کاهش مقدار عبور اشعه UV از شیشه بدین ترتیب از کدر شدن سطوح کنترلی و داشبرد جلوگیری می شود
- شیشه تا مدت زمان طولانی تمیز باقی می ماند
ب ) شیشه های رنگی حاوی نانو ذرات:
در سال های اخیر نوع جدیدی از بدنه های فلورسان بسیار درخشان شامل یک شیشه حاوی ذرات نانویی نیمه هادی پراکنده ساخته شده اند . این بدنه ها بر خلاف بدنه های فلورسانی که تاکنون گسترش یافته اند ، می توانند نور مرئی را از هـر طول موجـی جذب کند . در این شیشه هـا ذرات نیمه هادی ، پایداری بالا و چسبندگی یکنواختی با بدنه فلورسان دارند . بدین ترتیب می توان این شیشه ها را برای توسعه قطعات مختلف بکار برد .
بخش پژوهشی فتونیک انستیتو بین المللی تکنولوژی و علوم صنعتی پیشرفته ( AIST ) اولین بار توانسته است نوع جدیدی از شیشه های فلورسان با روشنایی حدود سه برابر بدنه های شیشه های معمولی را تولید نماید . این شیشه برخی خواص خیلی عالی نظیر شفافیت ، استحکام مکانیکی ، مقاومت حرارتی و پایداری شیمیایی را دارد.
ج ) شیشه های ذخیره کننده انرژی :
امروزه توسعه فن آوری تولید پوششهای چند لایه (window film ) توانسته است مشکلات متعدد کاربرد شیشه در اتومبیل ها را به میزان قابل توجهی رفع نماید . چنین محصولاتی معمولاً از 6 لایه بهم فشرده تشکیل شده اند و هر لایه منشاء ایجاد خاصیت مشخصی میباشد . ضخامت نهایی این محصولات حدود 50 میکرون است و برای نصب آنها هیچ احتیاجی به خارج کردن شیشه ها و یا تعویض آنها نخواهد بود .
