نانوپوشش­ها به طور وسیعی در قسمتهای مختلفی استفاده می­شوند و مثالی از این واقعیت هستند که چطور استفاده از نانومواد می­تواند باعث بهبود تکنولوژی موجود و یا بوجود آوردن نوع جدیدی از آن باشد. استقاده از نانوپوشش­ها مزیت­های عملکردی نسبت به پوشش­های سنتی فراهم می­کند در عین اینکه در بلند مدت و یا میان مدت مقرون به صرفه نیز هست.

خواصی مانند ضد میکروبی، عایق حرارتی، تثبیت رنگ، دفع آب و غبار، سختی، مقاومت به خوردگی، مقاومت به آتش، بهبود بازدهی انرژی، ضد نوشتار، خودتمیز شونده، جذب رطوبت و خواص مکانیکی و شیمیایی با استفاده از نانوموادی مانند نانومواد کربنی و یا نانوذرات اکسیدفلزی بسیار بهبود می­یابند.

نانوذرات به همراه پوشش­ها بر روی سطوح اعمال می­شوند و خواص سایشی و سختی آن را در حین اینکه از قوانین جدید ایمنی پیروی می­کنند بهبود می­بخشند. نانوپوشش­ها همچنین عملکردهای چندگانه را در یک پوشش فراهم می­کنند. مانند چسبندگی سطحی زیرلایه، مفاومت به خوردگی و فعالیت/عملکرد سطح.

مواد نانومقیاس (10 تا 200 نانومتر) خواص خاصی را مانند ضدبازتاب بودن و ابرآبگریزی به سطح می­دهند. شفافیت بالا، ضدآب بودن و عملکرد سد کردن اکسیژن، ماندگاری زیاد و عملکرد با کیفیت بسیار پر اهمیت هستند. نانوذرات نشان داده­اند که خواص مکانیکی را حتی در مقادیر کم هم بهبود می­دهند و به خاطر اندازه کوچک ذرات، شفافیت سطوح را تغییری نمی­دهند.

یکی از برتری­های کلیدی نانوپوشش­ها نسبت به دیگر عوامل تغییر دهنده خواص سطوح (مانند پلیمرهای نازک) شفافیت آنهاست. در کنار این، نانوذرات می­توانند با عوامل دیگری مانند سطوح پلیمری آبگریز همراه شوند تا خواص زیرلایه را بهبود دهند. نانوپوشش­ها می­توانند طوری طراحی شوند که بر روی بیشتر زیرلایه­ها استفاده شوند و لذا بر روی موادی از گستره بزرگی از بازارهای مختلف قابل استفاده باشند.

از مزیت­های نانوپوشش­ها می­توان به موارد زیر اشاره نمود :

• هزینه کمتر برای برخی از کاربردها
• عملکرد بهتر نسبت به پوشش­های معمول (شفافیت، قابلیت سد کردن بهبود یافته، مقاومت در برابر خوردگی، کنترل طیفی (ماورا بنفش و مادون قرمز)
• انرژی کمی برای تولید پوشش­ها نیاز است
• خواص منحصر بفرد پوشش­ها
• نازک و سبک: هزینه­ها بسته­بندی، حمل و نقل و انبار را کاهش می­دهد.
• غیر سمی : محصول سازگار با محیط زیست
• سازگاری با سطوح
• بهبود ماندگاری/مقاومت
• محافظت از خوردگی در محیطهای خشن
• مقرون به صرفه
• کاهش زمان آماده­سازی و اعمال پوشش­ها
• طول عمر طولانی تر
• پروسه بهبودیافته

 

فصل 2-          نانوپوشش­ها

نانوپوشش­ها در بازارهای متعدد، به خاطر خواص منحصر بفردشان که در پوشش­های معمولی دیده نمی­شود دارای پتانسیل بالایی می­باشند. آنها امکان داشتن خواص بسیار خوب نوری، مغناطیسی، الکترونیکی، کاتالیستی، مکانیکی و الکترونیکی را فراهم می­آورند و آنهای را برای استفاده­های نوینی در صنعت جذاب می­کنند. نانوپوشش­ها امروزه به صورت روتین بر روی گسره وسیعی از زیرلایه­ها ( پلاستیک، شیشه، سرامیک و منسوجات) در صنایع بسیاری از الکترونیک تا فراوری نفت استفاده می­شوند.

اندازه ذرات، سطح و خواص الکترونیکی سه خاصیت اصلی هستند که نانوپوشش­ها را در کاربردهای بسیار زیادی در صنعت جذاب می­کنند. سطح مخصوص زیاد در نانوذرات باعث واکنش­پذیری زیاد، جذب بالا، حل شوندگی بهتر، دمای ذوب پایین­تر و خواص الکترونیکی بهتر مانند اثرات کوانتومی که در نانوذرات کوچکتر از 10 نانومتر دیده می­شود را فراهم می­آورد. به خاطر این خواص نانوذرات، می­توان نانوپوشش­های پیشرفته­ای را با قرار دادن نانوذرات در بسترهای پلیمری تولید کرد.

نانوپوشش­ها مواد دو بعدی هستند که می­توانند با تکنولوژی فیزیکی (مانند پلاسما و PVD)، شیمیایی (مانند CVD و سل ژل( و ذره­ای (مانند TiO2) تولید شوند. نانوپوشش­ها را می­توان به صورت نانوبلورها، نانوپوشش­های چندلایه که ضخامت هر لایه چند نانومتر است و نانوکامپوزیت­ها دسته بندی کرد.

در سیستم نانوپوشش­ها، بالاترین لایه پوششی است که نه تنها از لایه­های زیرین در مقابل تجزیه شیمیایی یا UV محافظت می­کند بلکه از آسیب­های مکانیکی که باعث ترک یا خش بر روی سطح می­شود نیز جلوگیری می­کند.

طراحی پوشش­های نانوساختار نیازمند در نظر گرفتن فاکتورهای بسیاری مانند حجم سطح مشترک، اندازه ریزبلور، ضخامت تک لایه، انرژی سطحی، بافت، تنش و کرنش ناشی از لایه نشانی و .. می­باشد که همگی بستگی به انتخاب مواد، روش لایه نشانی، پارامترهای فرآیند و از همه مهمتر شرایط سرویس قسمتهای پوشش خورده است. اندازه و توزیع اندازه نانوذرات در فرمولاسیون یک پوشش، اثر بسیار زیادی بر روی عملکرد و اثر آن پوشش دارد.

2-1-            خواص

به خاطر خواصی که در مقیاس نانو وجود دارد، نانوپوشش­ها معمولا چندکاره هستند و یک یا چند عدد از خواص زیر را از خود نشان می­دهند.

• مقاومت به خش و سایش
• ضد الکتریسیته ساکن
• چربی گریز
• آسان تمیز شونده
• ضد انعکاس
• فعالیت ضد میکروبی
• حسگر
• فعالیت کاتالیستی

 

نانوپوشش­ها بیشتر برای جلوگیری از نشت مواد (جذب سطحی پروتین/سلول، شکل گیری بیوفیلم)، تجزیه به مرور زمان و اصطکاک/سایش استفاده می­شوند. همچنین به صورت روزافزونی برای پوشش­های رسانا در انرژی و الکترونیک استفاده می­شوند.

 

2-2-            مزایای استفاده از نانوپوشش­ها

نانوذرات هنگامی که در یک بستر پلیمری قرار می­گیرند به چشم انسان نامریی هستند. بر روی عبور نور مریی تاثیری ندارند و مواد ایده­آلی برای پوشش­های پیشرفته شفاف به حساب می­آیند.

هنگامی که نانوذرات در یک پلیمر پخش می­شوند تا یک نانوکامپوزیت پیشرفته شفاف را شکل دهند، باعث افزایش قدرت پوشش، مقاومت به حرارت و خش، جذب نور خورشید و بازتاب می­شوند و عملکرد پوشش­های فوتوکرومیک و پوشش­های شفاف خودرو را بهبود می­بخشند. پوشش­های نانوکامپوزیتی پلیمری دارای خواصی با کاربردهای بسیاری در محصولات مکانیکی، نوری و الکترونیکی می­باشند.

به طور کلی، بهبود خواص مکانیکی یک پوشش پلیمری (مانند مقاومت به خش) شامل بهینه سازی پلیمر لاک الکل و تقویت ساختار پوشش با استفاده از فیلرهای میکروسکوپی می­باشد. هنگامی که از نانوپودر (اندازه کوچکتر از 100 نانومتر) به عنوان فیلر، جهت تقویت پلیمرها استفاده می­شود، سطح زیاد نانوفیلرها خواص متفاوتی را نسبت فیلرهای معمولی از خود نشان می­دهد. همراه با اینکه در نانوکامپوزیت مقدار کمی نانوماده نیاز است تا به خواص بهبود یافته مکانیکی و دیگر خواص مطلوب برسیم.

این خواص بدون از دست رفتن شفافیت پوشش بهبود می­یابند. این برای کاربردهای نوری بسیار پراهمیت است. جایی که استفاده از پوشش بر روی شیشه مورد توجه باشد، پوشش­های انتخاب کننده طول موج نور ساخته شده از نانوذرات بحث بسیار داغی است. نانوذرات قابلیت کنترل بهتری از طیف نور را نسبت به دیگر مواد در اختیار ما می­گذارد. برای فیلم­های کنترل انتخابی نور خورشید، شفافیت بالا در طیف نور مریی با جذب و بازتاب نور مادون قرمز معیاری اصلی به حساب می­آید. فیلم­های روی پنجره که تجاری شده­اند می­توانند با استفاده از نانوذرات که درون فیلم­های پلاستیکی هستند و بعدا بر روی شیشه اعمال می­شوند، در رقابت دست بالا را داشته باشند. نانو فیلم­ها قابلیت جذب گرما و یا بازتاب آن را حین اینکه تا حد بالایی شفافیت را حفظ می­کنند، در اختیار می­گذارند.

 

درکنار مزیت­های آنها، نانوکامپوزیتها می­توانند به خاطر هزینه تولید بالای نانوذرات و محدودیت­ها فنی گران قیمت باشند. پوشش­های نانوکامپوزیتی از مقدار کمتری مواد نانومقیاس استفاده می­کنند زیرا بسیار نازک هستند- چند میکرومتر تا یک میلیمتر بستگی به شیوه پوشش­دهیشان و می­توانند بر روی سطوح بزرگ را پوشش­ دهند. بنابراین پوشش­های نانوکامپوزیتی یک راه جایگزین را در اختیار می­گذارند که می­توان از خواص منحصر بقرد نانومواد استفاده نمود بدون اینکه هزینه زیاد تولید نانوکامپوزیت­ها را به صورت بالک متحمل باشیم.

دو نوع پوشش نانوکامپوزیتی وجود دارد: تقویت ماتریس، که در آن فاز تقویت کننده در مقیاس نانو می­باشد و نوع پوشش­های لایه­ای که ضخامت هر لایه در ابعاد نانومتری می­باشد. مزایای نانوپوشش­ها شامل موارد زیر می­باشد :

• ظاهر سطح مناسبتر
• مقاومت شیمیایی مناسب
• کاهش نفوذپذیزی در مقابل محیط­های خورنده و بنابراین خواص خوردگی بهتر
• شفافیت در نور
• افزایش پایداری حرارتی و مدولی
• سطوح آسان تمیز شونده
• ضد لغزش، ضد مه، ضد جلبک و ضد نوشتار
• رسانش گرمایی و الکتریکی بهتر
• پایداری مناسب جلا و دیگر خواص مکانیکی مانند مقاومت در برابر خش
• ضد انعکاس
• شفافیت
• فاقد کرومات و قلع
• چسبندگی خوب بر روی مواد مختلف

فصل 3-         انواع نانوپوشش­ها

نانومواد به طور وسیعی در محصولات پوشش­دهی استفاده شده­اند. از انواع نانوپوشش­ها می­توان به موارد زیر اشاره نمود:

• پوشش­های ضد اثر انگشت
• پوشش­های آسان تمیز شونده
• پوشش­های ضد باکتری
• پوشش­های ضد خش
• پوشش­های فوتوکاتالیستی
• رنگهای محافظت شده در برابر UV
• پوشش­های سپر در مقابل تشعشعات الکترومغناطیسی فرکانس بالا
• پوشش­های قابل سوییچ
• پوشش­های هادی الکتریسیته
• پوشش­های خود ترمیم شونده
• نانو-پرایمر برای پوشش­های ضد خوردگی و رنگ
• پوشش­های عایق حرارتی

 

3-1-            نانو پوشش های ضد اثر انگشت

نانو پوشش های شفاف ضد اثر انگشت، کابرد آن ها در سطوح استلس استیل ، پلاستیک و شیشه می باشد. این نوع نانو پوشش ها برای سطوحی تزئینی همانند سطوح داخل ماشین، سطوح داخل خانه و ساختمان، و پنل های شیشه ای لمسی استفاده میشود.

برای حذف اثر انگشت روغنی بر روی سطوحی همانند شیشه، پنجره، صفحات لمسی، صفحه نمایش دستگاههای الکترونیکی و تکنولوژی مبتنی بر صفحات لمسی که نیازمند تمیز کردن سطوح می باشد، برای نشان دادن صفحه ای کاملا تمیز و غیر حساس به اثر انگشت، نانو پوشش های ضد اثر انگشت بسیار مناسب می باشد.  نیاز های برای تمیز کاری سطوح استنلس استیل بسیار وسیع می باشد.تعداد تولید کننده های نانو پوشش های ضد اثر انگشت برای سطوح فلزی و صفحات لمسی روبه افزایش می باشد.

پوشش های ضد اثر انگشت برای سطوح استنللس استیل برای سطوح داخلی و خارجی ساختمان ها، اسانسور های مسافران، ماشین های بلیط دهی عمومی و پنل های پوشش بسیار مناسب می باشد.(ساختار های استنلس استیلی که در مصارف خانگی همانند بدنه ها، پوشش ها، لوازم اشپزخانه ، لوازم تزئینی ، دستگیره ها، دریچه های خروجی و لوازم دفتری، تجهیزات تزینی به اثر انگشت حساس می باشند(

نانو پوشش های ضد اثر انگشت، اثر انگشت را بر روی این سطوح به کمترین میزان کاهش داده و براحتی توسط یک پارچه خشک از بین خواهد رفت. این ها تمیز کردن شیشه ها را اسان خواهند کرد و مانع از اهک بستن در دوش های حمام می گردد و همچنین محافظ بسیار عالی در برابر خوردگی شیشه می باشند. همچنین هزینه های تمیز کاری و نگهداری برای نواحی عمومی بسیار کاهش می یابد.

 

برای اطمینان از اینکه صفحه نمایش دستگاهای لمسی دارای خاصیت ضد اثر انگشتی با شد می بایستی صفحات دارای خاصیت ابگریزی و روغن گریزی باشد. بسیاری از پوشش های روغن گریزی که در دستگاهای تلفن همراه استفاده می شوند بر پایه فلورو پلمیر ها می باشند که دارای خاصیت ابگریزی و روغن گریزی می باشند. اگرچه این خاصیت ها مشکلات دیگری را نیز بووجود می اورند.

شکل ۱  : نمای شماتیک ار نانو پوشش های ضد اثر انگشت

 

 

 

برخی از مزایای نانو پوشش های ضد اثر انگشت به شرح ذیل  می باشند:

• افزایش طول عمر محصول (ماندگاری)
• بهبود امنیت (مانع الودگی هایی که باعث ایجاد تیرگی ها یا مهار عملکردهای نوری میشود )
• دارای خاصیت های  اضافی همانند: ضد انعکاس، ضد مه، ضد خش و انتی باکتریال می باشد.
• کاهش استفاده از مواد شوینده مضر (دارای خصوصیت خود تمیز شوندگی)

نشان داد شده است که نانو پوشش ها، کارائی و کیفیت لایه های شیشه ای را افزایش می دهند و باعث افزایش عملکرد و زیبایی شناختی نیز میگردد. نانو پوشش های ضد اثر انگشت قابلیت استفاده دبرای بسیاری از تجهیزات را دارند. این ها مناسب برای سطوح فلزی و سطوح فلزی با زبری کم می باشند.

3-1-1-  سهم بازار

بزرگترین بازار برای نانو پوشش های ضد اثر انگشت صحه نمایش های لمسی می باشد. طبق امار ارائه شده بازاز برای رشد صفحات نمایش لمسی تا 9.62 بیلیون دلار رشد خواهد داشت که انتظار میرود  1.35 بیلون عدد  واحد های نمایش و 800 عدد میلیون عدد گوشی های هوشمند در سال 2014 به این نانو پوشش ها مجهز گردند. بر اساس تحقیقات Toray  در صورت مغرون به صرفه بودن تکنولوژی نانو پوشش های ضد اثر انگشت ، بازار با قابلیت پوشش سالیانه برای اندازه ش میلیون مترمربع بوجود خواهد امد.

این رشد بازار در 3 ایل 4 سال اخیر به طور چشم گیری افزایش یافته ست و تا سال 2025 برای ان رشد 20.7% با توجه به رشد بازار صفحات نمایش لمسی تخمین زده شده است

شکل ۲ : سهم بازار برای نانو پوشش های ضد اثر انگشت در سال 2014 ، دلار آمریکا

 

3-2-            نانوپوششهای ضد خوردگی

یک نیاز بازار کاهش استفاده از مواد سمی و پرخطر و افزایش عمر مفید پوشش­های ضدخوردگی بر روی زیرلایه­های فولادی می­باشد. شرکت­ها به دنبال توسعه پوشش­های ضدخوردگی سبز و دوستدار محیط زیست با ماندگاری بالا برای محافظت از فولاد می­باشند.

ترکیبات پرخطر بسیاری در پوشش­های ضدخوردگی تا به امروز استفاده می­شوند، برخی از آنها با استفاده از ساختارهای قانونی حذف شده­اند. اما همچنان جایگزین­های مناسب در حال توسعه داده شدن هستند و توسط بازار پذیرفته می­شوند.

در حال حاضر موثرترین پوشش ضدخوردگی برای محافظت فعال از فلزات استفاده از سیستمهای دارای کرومات می­باشد. هرچند این محصول سمی و سرطان­زا شناخته شده است و امروزه استفاده از آن در محصولات نهایی که به دست مشتری میرسد ممنوع شده و استفاده از آن در خطوط صنعتی توسط انجمن­های اروپایی به شدت کنترل شده است (VUH و RoHS). بنابراین جستجوی وسیعی برای پوشش­های ضدخوردگی سبز و بی­خطر برای انسان در جریان است. بنابراین نانوپوشش­هایی توسعه داده شده­اند که بازدارنده خوردگی فلز می­­باشند. این پوشش­های هوشمند می­توانند با تغییرات pH در محل خوردگی مقابله کنند و در همچنین از برهمکنش گونه­های خورنده مانند آب، یون­های کلر و یا اکسیژن با سطح فلز جلوگیری کنند. تلاشهای بسیاری در جهت استفاده از گرافن در پوشش­های ضدخورگی صورت پذیرفته است.

تا سال 2016، قوانین EU REACH ایجاب می­کند که استفاده از کلیه اسیدهای کرومیک متوقف شود. پوشش­های ضدخورگی بر پایه روی[1] امروزی چندان کارایی ندارند و منابع شناخته شده روی تا سال 2027 به انمام خواهند رسید. هرچند پوشش­های اکسید روی/ اکسید روی با محیط زیست سازگاری دارند، برای محیطهای دریایی آلودگی به حساب می­آیند و همچنین از زیر لایه­های آلومینیومی محافظت نمی­کنند. دیگر پوشش­های ضدخوردگی بدون فلزات سنگین دارای عملکرد ضعیفی هستند.

توسعه سیستمهای ضدخوردگی فعال برای زیرلایه­های فلزی دارای اهمیت بسیاری برای کاربردهای صنعتی میباشد. استفاده از فلزات خالص سازی شده بسیار زیاد می­باشد ولی چنین فلزاتی می­توانند معمولا به لحاظ شیمیایی فعال باشند، که باعث می­شود استفاده از آنها را محدود کند و یا استفاده از پوشش­ها را بر روی آن­ها ضروری می­کند. محافظت از سطح چنین فلزاتی باعث رشد قابل توجه این صنعت شده است. خوردگی فلزات یک فرایند مخرب است که منجر به مشکلات بزرگی در اقتصاد، مخصوصا در صنایع هوا فضا، خودرو و پتروشیمی می­شود.

برای پوشش­های مقاوم به خوردگی مغرون به صرفه  که پایه اپوکسی نباشد و در محیط­های دارای نوسانات دمایی، اسید قوی، آب و یا نمک می­باشد نیازی در بازار وجود دارد. نانومواد دارای سطح بسیار زیادی می­باشند. وقتی این سطح فعال شود، می­تواند بازدارنده­های ارگانیک زیادی را بر روی خود نگه­ دارد. بنابراین نانوذرات مهندسی شده، حامل­های مناسبی برای حمل بازدارنده­های خوردگی به اندازه کافی می­­باشند.

 

شکل ۳ – پوشش Nanovate CoP منبع : Integran

نانوذرات با بهبود قابل توجهی در خواص ضدخوردگی پوشش­های اپوکسی با افزایش خاصیت انسدادی آنها و مقاومت یونیشان بوجود می­آورند. پوشش­های هوشمند خودترمیم شونده برای محافظت از خوردگی فلزات (فولاد، منگنز و آلومینیوم و آلیاژهایشان) از آن جهت که می­توانند با آزاد کردن عامل­های فعال از درون میکرو یا نانوکپسول­هایی، از انتشار ترک در پوشش محافظشان جلوگیری کنند توجهات بسیاری را به خود جلب کرده­اند.

شکل ۴ – نتایج 2000 ساعت مه نمک برای نانوپوششهای Teslan منبع: Tesla Nanocoatings

 

شکل ۵ – پراکندگی نانوذرات خاص ANCatt در پلی­آنیلین و ساختار پوشش منبع : Ancatt

 

گرافن جهت استفاده در پوشش­های ضدخوردگی همانند کاربردهایی در میکروالکترونیک (به عنوان مثال اتصالات درونی، قطعات هواپیما و ادوات ایمپلنت درون بدن) توسعه داده شده است. گرافن به لحاظ شیمیایی خنثی است و تا 400 درجه سانتی گراد پایدار در اتمسفر است و می­توان آن را در مقیاس چند متر رشد داد و به صورت مکانیکی بر روی سطوح دلخواه قرار داد. پوشش­های گرافن تک­لایه و لایه­های نازکی که دارای لایه­های کمی از گرافن می­باشند دارای شفافیت مناسبی می­باشند. لذا پوشش­های نازکی از گرافن، به عنوان مثال تا 4 لایه گرافن، چندان خواص نوری فلز زیرین را تغییر نمی­دهد.

نشان داده شده است که پوشش­های گرافن، خوردگی گالوانیک با منشا میکروبی (MIC) فلزات را تا 2700 ساعت تاخیر می­اندازد، چرا که از دسترسی میکروبها به سطح جلوگیری می­کند و یک سد تشکیل می­دهد و از فضولات میکروبی که باعث تجزیه نیکل می­شود جلوگیری می­کند. هرچند یک مطالعه در سال 2014 نشان داده که با اینکه گرافن در مقابل اکسیداسیون در کوتاه مدت جلوگیری می­کند، در مقیاس زمانی طولانی باعث خوردگی تر شدیدتری از سطوح غیر محافظت شده نشان می­­دهد.[2]

 

3-2-1-  سهم بازار

بازار فعلی برای پوشش­های ضدخوردگی بیش از 12 میلیارد دلار است. با تقاضای بیشتر برای انرژی و استخراج منابع، رشد بازار سالانه حدود 5ر4 درصد تخمین ضده شده است. از آنجا که نانوپوشش­ها مقاومت شیمیایی و  سایشی به همراه چسبندگی بسیار مناسبی از خود نشان می­دهند، رشد در نانوپوشش­ها بیشتر از CAGR خواهد بود. بیشتر محصولات فعلی در پوشش­های ضدخوردگی مخصوصا در آمریکای شمالی و اروپابه سمت گرفتن چنین استانداردهای محیط زیستی دقیق می­باشد تا از ترکیبات ارگانیک فرار (VOC) جلوگیری شود. رشد اصلی بازار در فیلتراسیون آب، پوشش­های خط لوله نفت و گاز و پوشش­های توربین­های بادی می­باشد.

شکل ۶ – سهم بازار برای نانو پوشش های ضد خوردگی در سال 2014 ، دلار آمریکا

3-3-            نانوپوشش­های ضد سایش

سختی سطوح و مقاومت در برابر سایش مواد را می توان به میزان قابل توجهی بوسیله  پوشش های نانویی افزایش داد و موادی سختتر با خواص بیشتر ضد فرسایشی برای سطوح تولید نمود. نانو ذرات خواص ضد سایشی و سختی را بهبود می دهند و همچنین یک مقاومت جامع در برابر خوردگی را با رعایت الزامات قانونی و ایمنی ارائه می نماید.  تحقیقات در این زمینه بسیار فعال بوده است و به نتایج چشم گیری نیز دست یافته است. در حال حاضر بسیای ازبرنامه های کاربردی تبلیغاتی  رد سازه های مکانیکی ، ماشینکاری مواد وجود دارد. تاکید بر روی فرایند های آماده سازی فلزات میباشد اما نتایج امیدوارکننده ای برای مواد غیر فلزی نیز نشان داده شده است. ساختار های در مقیاس نانو با استفاده از دانه هایی در سایز نانو و لایه هایی نانویی کمک به عدم جابه جایی می شوندو در نتیجه خواص ضد سایشی به صورت چشمگیری افزایش می یابد.

همچنین نانو پوشش ها به صورت چشمگیری خواص دیگری از جمله سختی، مقاومت در برابر شوک گرمایی برای مواد رسانا هماندد سرامیک، کامپوزیت ها، آلیاژ های فلزی را بهبود می دهند. نانو پوشش ها نرخ فرسایش کمتری نسبت به مواد پودری مشابه در بازرا را نشان می دهند . پوشش های چند لایه در مقیاس نانو که دارای لایه های مواد می باشد باعث بهبود در عملکرد پوشش های نانو ساختاری تک لایه میگردند. در زمانی که این پوشش ها به صورت دقیق  تولید شوند باعث ایجاد یک تاثیر شگفت انگیز درسختی میگردد.

اهداف کاربردی این محصولات به صورت عمده به مواردی مثل کف، پله ها، نرده های اهنی، عینک های محافظ و پرکن های دندان پزشکی می باشد. همچنین پتانسیل بسایر زیادی برای موتورها و ماشین آلات وجود دارد. پتانسیل بسایر وسیعی برای  استفاده از پوشش ها در فلزات بزرگ، صفحات آلیاژ های نیکل و تیتانیوم که برای ابزار ها برش داده می شوند، ابزار ضد فرسایش در خودرو ها، ادوات پروازی ،صنایع شیمیایی، ایمپلنت های جراحی، قطعات الکترونیکی و میکرو الکترونیکی می باشد.

3-3-1-  بزرگی بازار

بازار هدف مدیریت اصطکاک می باشد، همچنین در مرحله تحقیق و توسعه هدف تکنولوژی موتو و ماشین الات می باشد. هزینه های پوشش های فلزی 32 میلیارد دلار تخمین زده شده است. همچنین بازار برای پوشش های ضد فرسودگی و فزسایش در حدود 5 میلیارد در سال تخمین زده شده است.

شکل ۷ :  سهم بازار برای نانو پوشش های ضد سایش در سال 2014 ، دلار آمریکا

3-4-            نانوپوشش­های ضد جلبک و آسان تمیز شونده

ناوپوشش­ها می­توانند سطح زیر خود را همزمان هم آبگریز و هم چربی گریز کنند و سطح را تمیز نگه دارند و از بین بردن آلودگی­ها را آسان کنند. این امکان را به ما می­دهد که پوشش­هایی که نیاز به نگهداری کم دارند داشته باشیم که هم در مقابل لک شدن مقاوم هستند و هم راحت تمیز می­شوند. این پوشش­ها می­توانند بر روی سطوح مختلفی مانند فلز، پلیمر، شیشه و … اعمال شوند.

مثال­های تجاری از پوشش­های آسان تمیز شونده شامل مواد مورد استفاده در ساخت و ساز مانند فلزات رنگ شده برای افزایش دوام (طول عمر پیش بینی شده 5 تا 7 سال)، مواد پلاستیکی (مانند پلی کربنات، PMMA) با شفافیت بیشتر و ضد غبار (سطوح ضد غبار مانع جذب غبار بر روی سطح می­شود و در نتیجه سطوح تمیز می­ماند و یا تمیز کردن آن آسان می­شود).

بخش دریایی یکی از بازار های اصلی برای نانوپوشش­های ضد جلبک می­باشد. تخمین زده شده است که جلبک دریایی هزینه­ای بیش از 200 میلیارد دلار در سال برای صنعت حمل و نقل دریایی دارد.

هزینه از بین بردن و تعمیر آسیب­های ناشی از نوشتار سالانه حدود 12 تا 25 میلیارد دلار تخمین زده شده است. نوشتار روی دیوار خطری روز افزون برای مواد معماری در آثار باستانی به حساب می­آید. نوشتار می­تواند بر روی سطوح انواع مواد تاثیر بگذارد و در اغلب موارد پاک کردن آن بسیار دشوار و هزینه بر است. نفوذ در حفرات ماده باعث می­شود که اثری غیر قابل تعمیر بر روی سطوح رنگ خورده بگذارد. پوشش ضد نوشتار با استفاده از نانوذرات و پلیمرها ساخته می­شود تا پوششی بوجود آید که آب و چربی را همزمان دفع کند. پلی سیلوکسان پلی اورتان اصلاح شده با اضافه کردن نانوذرات سیلیکا در مقابل آب و هوا مقاومت خوبی دارد. نتیجه آن این است که سطح پوشش داده شده نچسب می­شود و بسیار آسان تمیز می­شود و این قابلیت را دارد تا در برابر چندین بار نوشتار مقاومت کند.

 

جدول ۱ –کاربردهای نانوپوشش­های ضد جلبک و آسان تمیز شونده

لوازم بهداشتی	·         کاشی، وان حمام، دوش، کاسه روشویی، آرماتور ساخته شده از فولاد زنگ نزن و کروم، کابینت های حمام، سنگ توالت، لوازم اتاق خواب ·         ماشین­آلات و لوازم مورد استفاده در شرایط آلوده
محافظت از ساختمان	·         ضد نوشتار، نمای خارجی، پنجره­ها، دیوار، دروازه، جعبه پخش
وسایل داخلی و آشپزخانه	·         ظروف آشپزخانه، فر آشپزی، ماهی تابه و قابلمه ·         تولید صنعتی غذا و نوشیدنی: خمیرگیر، همزن و مخزنها ·         کاربردهای خانگی
انرژی	·         ژنراتورهای بادی، سلولهای خورشیدی

3-4-1-  بزرگی بازار

نانوپوشش­های آسان تمیز شونده و ضد جلبک توجه بازار را به خود جلب کرده­اند. بخصوص در مواد ساختمانی، دریایی و بخش­های منزل (عمدتا حمام و دستشویی). این پوشش­ها امکان بهبود ظاهر ماشین آلات و ابزار، سلامت و مقاومت در برابر خوردگی را در محیطهای متفاوت فراهم می­کنند. کاربرد آنها بر روی سطوحی است که آلودگی­ها به زیبایی، سلامت یا عملیات فنی آسیبی برسانند. هدف هم تمیزی بیشتر و هم هزینه­های تمیز کردن می­باشد.

 

شکل ۸ – سهم بازار برای نانو پوشش های ضد خزه و جلبک در سال 2014 ، دلار آمریکا

3-5-            پوشش­های آنتی باکتری

به‌ دلیل گسترش روز­افزون جمعیت ساکن بر روی کره زمین و در پی آن رشد بسیار سریع بیماری‌ها و باکتری‌های بیماری­زا، محققان در تلاش‌اند تا با استفاده از راهبردهای پیشگیرانه مانع از بروز بیماری شوند. از نانومواد در ساخت رنگ‌های دارای قابلیت ضد­میکروب یا ضد­باکتری استفاده می‌شوند. در سالیان اخیر محققان موفق به شناسایی نانو­ذرات فلزی با خاصیت آنتی­باکتریال شده‌اند، این ترکیبات می‌توانند از رشد و نمو باکتری­ها و قارچ ها و دیگر عوامل بیماری­زا جلوگیری کنند.

در ساخت رنگ‌های آنتی­باکتریال از ابتدا نانو­ذرات فلزی را با رزين و افزودنی­های مورد­نظر مخلوط و خاصیت ضد­میکروبی به رنگ می­دهند.

تفاوت عمده بین روش‌های سنتی ضد­عفونی­کننده و روش‌های مبتنی بر فناوری نانو

• بر خلاف پوشش‌های­آنتی‌باکتریال، روش متداول برای مبارزه با قارچ­ها و میکروب‌ها در ساختمان استفاده از اسپری‌ها و دیگر انواع آفت‌‌کش‌هاست که به‌دلیل وجود ساختار شیمیایی به مرور در فضا آزاد­شده و به محیط زیست و بدن انسان آسیب می‌رسانند.
• بر­خلاف روش متداول برای مبارزه با قارچ­ها و میکروب‌ها، با کمک فناوری نانو یک ویژگی ضد­باکتری ذاتی در سطوح ایجاد می­­شود که با شستو­شو یا مواد شوینده از بین نمی‌روند.

بررسی­ها نشان می­دهد که خاصیت ضد­میکروبی نانو­ذرات نقره در رنگ‌ها، تا اندازه­ای بوده که حتی باکتری­ها و حشراتی که در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومند (مانند استافیلوکاکس[3]، آروس[4]، ام.آر.اس.ای[5])، نتوانسته‌اند در برابر این نانو­ذرات مقاومت کنند.

شکل۹  : نانو­ذرات نقره در مسیر ماده مغذی سلول انقطاع ایجاد می‌کنند. به‌این ترتیب، بدون استفاده از هیچ‌گونه ماده شیمیایی، میکروب‌ها به شکل موثری از بین می‌روند.

 

3-5-1-  بزرگی بازار

استفاده از مواد ضد­میکروبی نظیر رنگ‌ها و پوشش‌ها در صنعت ساختمان، در سال­های اخیر رشد زیادی داشته است. کاربرد مواد ضد­باکتری و ضد­میکروب در کشورهای اروپایی و امریکایی چشمگیر می‌باشد، به‌طوری که از سال 2010 به بعد در کشورهای اروپایی استفاده از مواد شیمیایی ضد­میکروبی بسیار محدود شده است. طبق گزارش تحلیل‌گران صنعت جهانی انتظار می‌رود که در امریکا تا سال 20۳۰ هزینه استفاده از پوشش‌های ضد­میکروبی به بیش از یک میلیارد دلار برسد.

3-6-            نانو پوشش های خود تمیز شونده (بیونیک )

تولید کننده گان مشتاق به استفاده از تکنولوژی هایی که قادر به تمیز و نو نگهداشتن محصولات بعد از گذشت سالیان پس از مصرف، می باشند. به طور ایده آل این پوشش ها در چرخه های تمیز کاری های طولانی مدت برای محصولاتی که نیاز به آب کشی با آب و  یا تمیز کردن با پارچه های مرطوب برای حذف کثیفی ها و روغن، بادوام خواهند بود. استفاده از آن نیز برای سطوح خارجی که گاهی نیاز به تمیز کاری دارند نیز مقدور می باشد.

تعدای از این تکنولوژی های موجود، تمیز کاری را به حداقل می رسانند، اما معمولاً فاقد دوام می باشند. در نتیجه ، تولید کنندگان به دنبال بهره وری از نانو پوشش هایی که هم تمیزکاری را به حداقل می رسانند و هم  دارای دوام کافی برای سالیانی که در معرض شرایط محیطی همانند کثیفی ، روغن ، تغییرات pH   ، باد، یخ زدن، رطوبت، نمک، آفتاب، آلودگی، فضولات پرندگان، صمغ درختان  باشد، می باشند.

بازار برای پوشش های آب گریز و ابر آب گریز در سالیان اخیر گسترش بسیاری یافته است  و  در حال یافتن راه حل هایی برای ابجاد تمایل  در صنایع شیشه های خودرو، لوازم بهداشتی، قطعات الکترونیکی مصرفی، ادوات پزشکی، پوشش های برای پا، پارچه و سطوح خارجی حمل و نقل هوایی می باشد.

تمیز شدن یا خود تمیز شوندگی سطوح با دو  روشی که اساساً متفاوت با یکدیگر می باشند قابل دسترسی است.  در مکان هایی که اشعه های مافوق بنفش خورشید می تواند کثیفی های ارگانیک را بشکند، پوشش های فوتوکاتالیستی بر روی سطوح می تواند اعمال گردد. در همان زمان سطح به یک سطح آب دوست تغییر می یابد که آب در ان زمان به صورت یکنواخت  برر وی سطح پخش می شود و لکه های خشک شدن کمتری از چکه کردن آب بوجود خواهد آمد.

راه دیگر برای تولید سطوح خود تمیزشونده (بیونیک)، بر طبق اثر لوتوس (اثر نیلوفری)  می باشد که  در این جا سطح به یک سطح ابر آبگریز تبدیل می شود. ابگریزی سطح با اندازه گرفتن زاویه تماس آب تعیین می شود. زاویه تماس بیشتر از 90 درجه به طور معمول آبگریز نامیده می شود. یک سطح آبگریز زمانی بدست می آید که شیمی سطح با زبری سطح مناسب ترکیب گردد. یک سطح ابر آبگریز قادر به دفع کامل قطرات آب می باشد. این گونه سطوح برای قطرات آب، زاویه تماس بالای 150 درجه و یا حتی بیشتر را نشان میدهند.

پوشش های ابر ابگریز و لایه نازک دارای طیف وسیع از کاربردهای گوناگون می باشد.  از آنها نه تنها برای مقاومت در برابر آب و میعان مه  استفاده می شود بلکه برای جلوگیری از الودگی نیز استفاده می شود. زاویه تماس قطرات آب بر روی یک سطح صاف ابگریز بین 100 تا 120 درجه متغییر می باشد. اضافه شدن زبری یا ریز بافت به یک سطح آبگریز به بهبود آبگریزی آن کمک میکند و زاویه تماس به 160 تا 175 درجه افزایش می یابد.

3-6-1-  بزرگی بازار

تعدادی از شرکت ها محصولاتی را جهت تکرار اثر لوتوس توسعه داده اند (BASF, EvoniK)  اگرچه مشکلاتی در این روش وجود دارد که اقبال گسترده آن را کاهش می دهد. سوالاتی نیز برای دوام پوشش، نیاز به لیتوگرافی گران­قیمت و اعمال بر روی سطوح بزرگ وجود دارد. این البته متوجه پوشش­های آبگریز و ابرآبگریز نیز می­باشد. این پوشش­ها می­توانند به راحتی آسیب ببیند و دوام زیادی ندارد.

رهیافت­های معمول برای پوشش­های آبگریز شامل استفاده از نانوذرات در فرومولاسیون خاص و استفاده از پلیمرهای فلور دار می­باشد. شرکت Aculon از روش یک تک لایه خودآرا از فوسفونات(SAMP)  استفاده می­کند. SAMP می­تواند فلزات، اکسید فلزات، شیشه، سرامیک، ذرات، نیمه­هادی­ها و حتی برخی پلیمرها را پوشش دهد. SAMP با زیرلایه پیوند کووالانسی تشکیل میدهد.

رشد آینده در ضدآب کردن قطعات الکترونیکی و پارچه­های خودتمیزشونده و پوشاک و لوازم خانگی و لوازم بهداشتی خواهد بود. بخصوص در بازار آسیا که هم­اکنون هم تقاضای زیادی وجود دارد.

شکل ۱۰  :  سهم بازار برای نانو پوشش های ضد باکتری در سال 2014 ، دلار آمریکا

 

3-7-            نانوپوشش­های خودتمیزشونده (فوتوکالیستی)

پوشش های نانو دی اکسید تیتانیوم خود تمیز شونده، به شدت به نفع نگهداری ساختمان ها (خصوصا برای اسمان خراش ها) از آنجایی که  نیاز مادی برای تمیزکاری سطوح را کاهش می دهند، می باشد. مدل های متنوع از سطوح می توانند با دی اکسید تیتانیوم پوشش داده شوند تا به صورت خود تمیز شونده در زیر نور خورشید یا پراغ اتاتق تبدیل شوند.

ینابراین سظوح بر پایه رنگ، سرامیک، شیشه، سیمان که حاوی مواد فعال کننده نانوذرات فوتوکاتالیستی تیتانیوم می باشد کاربرد وسیعی برای خلق محیطی نمیز و پاک وکلیه نواحی نزدیک یه ان ها را دارد.

پوشش­های فوتوکاتالیستی به خاطر اثرشان بر روی جلبک، ویروس، قارچ  و باکتری [6] [7] [8] [9]می­توانند به میزان قابل توجهی میکروارگانیسم­هایی را که بر روی مواد داخل خانه رشد می­کنند کاهش دهد.

آلودگی هوای داخلی ساختمانها در مکان­های عمومی مساله مهمی در بهداشت عمومی می­باشد و حضور آلودگی­های میکروبی در محیطهای مرطوب یکی از عوامل کاهش کیفیت هوای داخلی ساختمان و در نتیجه سندروم ساختمان مریض[10] می­باشد.

فوتوکاتالیست­ها واکنش­های شیمیایی را در زبر تابش نور سرعت می­بخشند. این در مورد تجزیه مواد ارگانیکی مانند چربی­ها، روغن یا حتی میکروبها نیز صدق می­کند. در مورد معمول­ترین فوتوکاتالیست مورد استفاده TiO2، عملکرد کاتالیستی به شکل قابل توجهی در مقیاس نانو بهبود می­یابد.

نانو TiO2 دارای سطح مخصوص بسیار زیاد ، حجم تخلخل زیاد و اندازه حفرات بزرگ، فعالیت زیاد و چگالی کم می­باشد. این خواص سطح در دسترس و انتقال جرم برای جذب سطحی آلودگی­های ارگانیک را زیاد می­کند و از آنجا که واکنش­های فوتوکاتالیستی بسته به واکنش­های شیمیایی روی سطح دارد، باعث عملکرد فوتوکاتالیستی بهتری می­شود. نانو TiO2 نور را در محدوده ماورا بنفش جذب می­کند، ولی جذب بسیار ناچیزی در محدوده مریی دارد. این خاصیت آن را تبدیل به مولفه­ای برای محافظت سطوح از تخریب توسط UV تبدیل می­کند.

شکل ۱۱ – مکانیزم فوتوکاتالیسیتی بر روی یک سطح دارای نانوذرات TiO2

کاربردهای آن در زمینه خودتمیزشوندگی، ضد مه، ضد میکروبی و یا پاک کنندگی با آب می­باشد. در محیط­های داخلی ساختمان، اکثر سطوح، مانند سرامیکها، شیشه پنجره یا کاغذ به مرور زمان توسط مواد ارگانیک مانند روغن، غبار و دود پوشیده می­شود و کثیف می شوند. پوشش­های نانو TiO2 شفاف می­توانند به طوری باشند که هیچ تاثیر عینی بر روی رنگ یا شفافیت زیر لایه نداشته باشند. اما می­توانند مواد ارگانیک را به محض نشستن تجزیه کنند. به منظور دستیابی به خاصیت فوتوکاتالیستی در محیط­های داخلی که معمولا نور UV کمی دارند، طیف جذب TiO2 را می­توان با دوپ کردن کمی تغییر داد.

3-7-1-  بزرگی بازار

پوشش­های نانو TiO2 به صورت وسیعی تجاری شده­اند و (به طور خاص در بازارهای ژاپنی و اروپایی) در تصفیه هوا و آب، شیشه خودتمیزشونده، محصولات بتنی و بسیاری پوشش­های دیگر استفاده شده است.

محصولاتی که در بازار هستند عبارتند از:

• شیشه خودتمیزشونده Pikington Activ
• نمای ساختمان Ecoclean از شرکت Alcoa
• کاشی دودخوار BoralPure از Boral

این محصولات همگی شامل TiO2 نانومقیاس هستند[11]. پوشش­های فوتوکاتالیستی بر روی تعداد زیادی از ساختمان­های ژاپن مانند ترمینال فرودگاه بین­المللی Chuba اعمال شده­اند. بازار تکنولوژی فوتوکالیستی در ژاپن در دهه گذشته رشد چشمگیری را داشته است و بنا به گزارش انجمن صنعتی فوتوکاتالیستی ژاپن، در فروش ارزشی بیش از 1 میلیارد دلار در سال 2012 داشته است.

حجم کلی فروش برای تکنولوژی­های تمیزکاری در سال­های اخیر بخصوص در آسیا، بسیار افزایش داشته است. مانند تصفیه کننده­های هوای فوتوکاتالیستی. بازارهای آسیا و اروپا بزرگترین بازار و امریکا اندکی کوچکتر در حال حاضر هستند.

شکل ۱۲ – سهم بازار برای نانو پوشش های فوتوکاتالیستی در سال 2014 ، دلار آمریکا

 

3-8-            نانوپوشش­های مقاوم در برابر UV

با افزایش سالانه میزان تابش UV، روشهای موثر برای جلوگیری از اشعه UV برای محافظت از پوست انسان، پلاستیک، چوب و دیگر مواد پلیمری یک ضرورت است. تابش UV همچنین می­تواند باعث آسیب شدید به منسوجات، پلاستیکها، رنگ و چوب شود. بنابراین توسعه سپرهای UV موثر اهمیت بسیاری در سلامت، جامعه و محیط زیست ما دارد.

برای پایداری محیطی رنگها و پوشش­ها تمایلاتی وجود دارد. قوانین مربوط به پخش VOC در ساختمان در بسیاری از کشورها، بخصوص اروپا و امریکای شمالی سخت تر می­شود. نیاز است تا محصولات پتروشیمی را که در پوشش­های چوب استفاده می­شود با پوشش­های ارگانیک تعویض کرد و پایداری انها را افزایش داد. با توجه به تقاضاهایی که این قوانین ایجاد می­کنند، بازار پوشش چوب از پوشش­های بر پایه حلال به سمت پوشش­های بدون حلال یا با حلال کم حرکت می­کند. پوشش­های مورد علاقه شامل پوشش­هایی است که پایه آب باشد، با نور آفتاب پخته شود و نانو پودری باشد.

پوشش­های شفاف جذب کننده یا سد کننده UV در حال حاضر 2 کاربرد دارند:

• لاک الکل محافظ UV برای سطوح چوبی
• پوشش محافظت کننده در مقابل UV بر روی سطوح پلیمری تا طول عمرشان افزایش یابد.

نانومواد می­توانند باعث بهبود حفاظت در برابر UV برای پوشش­های پایه آب یا پایه حلال شوند. نانوذرات اکسید روی(ZnO)  اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسید سریوم (CeO2) در محصولاتی که در برابر UV محافظت می­کنند، در بازار منسوجات و یا لوازم خارجی ساختمان استفاده می­شود. به خاطر نسبت زیاد سطح به حجم، نانوذرات بهبود قابل توجهی در سد کردن UV به نسبت دیگر موادی که این کار را انجام می­دهند از خود نشان می­دهند.

3-8-1-  بزرگی بازار

بازار پوشش چوب در حال حاضر 5ر7 میلیارد دلار ارزش گذاری شده. آسیا بزرگترین بازار را در این میان دارد که ارزش آن در سال 2013 4 میلیارد دلار بود. بازار امریکای شمالی حدود 8ر0 میلیارد دلار و در اروپا 6ر1 میلیارد دلار و باقی جهان 1ر1 میلیارد دلار تخمین زده شده است.

شکل ۱۳ – سهم بازار برای نانو پوشش های مقاوم در برابر نور فرابنفش در سال 2014 ، دلار آمریکا

3-9-            نانوپوشش­های ضدبازتاب

به حداقل رساندن بازتاب از روی سطوح افزاره­هایی مانند حسگرها، حسگرهای نوری و سلولهای خورشیدی، و بنابراین افزایش عبور نور به درون افزاره کلید اصلی افزایش عملکرد آن می­باشد.

پوشش­های ضد بازتاب بر روی سطوح شفاف مانند شیشه، اجزای مهمی در ادوات اپتیکی و اپتوالکترونیکی (مانند صفحه نمایش تبلتها، صفحات نمایش تلویزیون و موبایلها)، لنزهای اپتیکی (مانند دوربین) و پنل­های فوتوولتایی می­باشند [12].

شیشه بدون پوشش 8% نور فرودی را بازتاب می­دهد و دید را در محیطهای کم نور بسیار دشوار می­کند و به شدت بر روی کنتراست رنگ صفحه تاثیر می­گذارد و بنابراین نیاز مشخصی در بازار برای این پوشش وجود دارد. همچنین پوشش­های ضد بازتاب که در حال حاضر در این بازار ارایه می­شود محدودیت­هایی دارد و نیازی برای توسعه پوشش­های ضدبازتاب به صورت بهینه که دارای خواص مکانیکی بسیار خوب برای استفاده در بازار به صورت وسیع را دارا باشد وجود دارد.

تعدادی فرایند بر پایه لایه­های نازک متخلخل به منظور کاهش هزینه تولید و افزایش کارایی در تولید توسعه داده شده­اند. هرچند، این تکنیکها به صورت کلی شامل چند مرحله می­باشد، آنها محدود به پوشش­ بر روی یک طرف سطح و سطوح مسطح می­باشند و برای سطوح بزرگ قابل اجرا نیستند. استفاده از پلیمرها نتیجه اپتیکی خوبی دارد ولی استحکام مکانیکی ندارد. و مواد غیرارگانیک متخلخل عملکرد مکانیکی مناسبی دارند ولی در عملکرد اپتیکی بهینه نیستند چرا که به راحتی به آنها آسیب می­رسد.

محدودیت­های روشهای لایه نشانی امروزی و چالش­های محیط زیستی و پایداری آنها کاربرد وسیع آنها را در صفحات نمایش محدود کرده است. بنابراین فرصتی برای نانوپوشش­هایی که چندکاره هستند، هزینه پایین دارند و به راحتی لایه نشانی می­شوند وجود دارد.

در سالهای اخیر کاهش قابل توجهی در قیمت سلولهای خورشیدی وجود داشته، و با افزایش قیمت انرژی، استفاده از انرژی خورشیدی به لحاظ اقتصادی توجهات زیادی را به خود جلب کرده. بخصوص در مناطق دور از دسترس و مناطقی که هزینه انرژی بالاست.[13]

هرچند، نیاز شدیدی برای کاهش هزینه الکتریسیته تولید شده از خورشید با افزایش کارایی پنل­ها و کاهش هزینه­های نگهداری و تمیز کاری آنها وجود دارد. استفاده از پوشش­های ضد بازتاب که پایداری و عملکرد پوشش شیشه پنل را زیاد می­کند بسیار ضروری است.

تقریبا 4% از نور از شیشه پنل­های خورشیدی بازتاب می­شود که باعث از کاهش انرژی تولیدی می­شود. پوشش­های ضد بازتاب امکان بهبود عملکرد تبدیل انرژی و به حداقل رساندن بازتاب را از طریق افزایش عبور نور و کاهش بازتاب فرنل را در طیف وسیعی از طول موجها بدست می­دهد. [14] [15]

فیلم­های نازک نانومتخلخل با خواص ضد بازتاب به تولید رسیده­اند، اما استفاده از آنها در محیط بیرون به خاطر قابلیت تمیز کاری آنها و استحکامشان محدود شده است. بنابراین توسعه دهندگان محصول پوششی ضدبازتاب با امکان خودتمیزشوندگی تولید کرده­اند.

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در پوشش­های ضد بازتاب استفاده شده­اند. نانو تیتانیا به عنوان یک کاتالیست برای شکستن غبار بر روی سطح عمل می­کند و ضریب شکست پوشش را تا حد دلخواه بالا می­برد تا خاصیت ضد بازتاب مطلوب شود.

شکل ۱۴ – شماتیک پوشش ضد بازتاب با استفاده از پوشش نانو متخلخل

نانوذرات سیلیکای مزوپور همچنین در ساخت پوشش­های ضد بازتاب بر روی شیشه نیز استفاده می­شوند. ترکیب نانوذرات سیلیکای مزوپور با یک چسباننده مناسب یک پوشش تک لایه مستحکم را با بازتاب کمتر از 1ر0 % بدست می­دهد.

3-9-1-  بزرگی بازار

شیشه پوشش­دهی شده ضد بازتاب هنوز می­تواند در بخشهای بیشتری غیر از انرژی خورشیدی وارد شود، هرچند در کاربردهای دیگر سرکی کشیده­ است. بنابراین فرصت­هایی بری توسعه نانوپوشش­های موثر با هزینه کم وجود دارد.

تقاضای اصلی در بخش فوتوولتاییک برای پوشش شیشه خورشیدی است. به صورتی که بیش از 60% مدول­های بر پایه ویفر از پوشش­های ضد بازتاب بر روی شیشه استفاده می­کنند.[16] هرچند هنوز بازار بزرگی برای پوشش دهی پنل­های خورشیدی پوشش داده نشده در دنیا وجود دارد. (بیش از 300 میلیون پنل خورشیدی در دنیا).

تخمین بازار برای پوشش ضد بازتاب در سال 2014 حدود 5ر2 تا 3 میلیارد دلار با توجه به منابع صنعتی برآورد شده است.

شکل ۱۵ – درآمدهای نانوپوشش­های ضد بازتاب 2010 تا 2025 (میلیون دلار)

فصل 4-         اندازه بازار و فرصت ها

پوشش های فوتوکاتالیستی نانو ذرات TiO2 با کاربری گسترده ای در صنعت ساختمان استفاده می شود. تعداد زیادی از ساختمان هایی که توسط این پوشش ها ، پوشش داده شده اند وجود دارند که از مزایایی مانند کاهش تعمیرات و نگهداری بخصوص برای اسمان خراش ها و هزینه های تمیز نگهداشتن آن ها بهره می بردند.

نانو پوشش های فوتو کاتالیستی برای بهبود  کیفیت هوای داخلی با کاهش مواد سمی و دیگر مواد شیمیایی مضر برای مردم عرضه شده است. همچنین شیشه هایی که با نانو پوشش داده شده اند نیز در بازار موجود می باشد.

پوشش های نانویی TiO2 به صورت گشترده ای موجود می باشد و در بسیاری از کاربرد های تصفیه آب و هوا، خود تمیز شونده محصولات سیمانی و … مورد استفاده قرار میگیرند.

 

محصولات که در حال حاضر موجود می باشند شامل

شیشه های خود تمیز شونده با برند Pilkington’s Activ

پوشش های نما Eco clean  از شرکت Alcoa

کاشی های Boral’s BoralPure™ SMOG-EATING

تمامی این پوشش ها حاوی TiO2 در مقیاس نانو می باشند[17]. بازار پوشش در چین نیز به سرعت در حال رشد می باشد و نانو ذرات فوتوکاتالیستی TiO2 با خاصیت خود تمیز شوندگی، بی بوسازی ، دارای بازر بزرگی بر اساس تقاضا در آسیا می باشد. این پوش های فوتوکاتالیستی دارای بازار 900 میلیون دلاری به تنهایی در ژاپن می باشد همچنین برخی از کشور های اروپایی بخصوص آلمان نیز تقاضا برای این پوشش ها وجود دارد.

پوشش های چوب به طور معمول در موارد به شرح ذیل استفاده می شوند :

• پوشش های نما
• مبلمان
• تزینات
• کف پوش ها
• در ها و پنجره ها

پوشش های برای چوب دارای بازاری به ارزش 7.5 میلیارد دلار میباشد. اکشورهای حوزه اقیانوس ارام بزرگترین بازار با ارزش 4 میلیارد دلار در سال 2013 می باشد.  بزرگی بازار امریکای شمالی نیز به صورت تقریبی به 0.8 میلیارد دلار، بازار اروپا 1.6 میلیارد دلار و الباقی دنیا 1.1 میلیارد دلار اندازه گیری شده است .

شکل ۱۶ :  در امد از نانو پوشش های در صنعت ساختمان، معماری و محافظ های خارجی  در سال 2014 با توجه به نوع نانو پوشش، درصد

فصل 5-         منابع

 

“The Global Market for NanoCoatings in Construction, Architecture and Exterior Protection” November 2015 – Future Markets Inc.

 

[1] Zinc

[2]  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn4014356

[3]Staphylococcus

 

[4]Aureus

 

[5] MRSA

[6] Chong, M.N.; Jin, B.; Chow, C.W.K.; Saint, C. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: A review. Water Res. 2010, 44, 2997–3027.

 

[7] Gamage, J.; Zhang, Z.S. Applications of Photocatalytic Disinfection. Int. J. Photoenergy 2010,2010

 

[8] Foster, H.A.; Ditta, I.B.; Varghese, S.; Steele, A. Photocatalytic disinfection using titanium dioxide: Spectrum and mechanism of antimicrobial activity. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011,90, 1847–1868.

 

[9] Dalrymple, O.K.; Stefanakos, E.; Trotz, M.A.; Goswami, D.Y. A review of the mechanisms and modeling of photocatalytic disinfection. Appl. Catal. B Environ. 2010, 98, 27–38.

 

[10] Sick Building Syndrome

[11] https://www.docenti.unina.it/downloadPub.do?tipoFile=md&id=446014

[12] http://www.evaporatedcoatings.com/anti-reflection-coatings-for-glass/84-coatings/transparent-conductive-coatings/106-plastic-and-temperature-sensitive-substrates

[13] Retail Price Summary. (NPD Solar Buzz), http://www.solarbuzz.com/facts-and-figures/retail-price-environment/module-prices

[14] C.-J. Ting, F.-Y. Chang, C.-F. Chen, and C. P. Chou, “Fabrication of an antireflective polymer optical film with subwavelength structures using a roll-to-roll micro-replication process,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 18, no. 7, Article ID 075001, 2008.

[15] Z. N. Adamian, A. P. Hakhoyan, V. M. Aroutiounian, R. S. Barseghian, and K. Touryan, “Investigations of solar cells with porous silicon as antireflection layer,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 64, no. 4, pp. 347–351, 2000.

[16]Anti-ReflectiveCoating on PV Cover Glass, http://www.pvtaiwanforum.org/zh/sites/pvtaiwanforum.org/files/data14/docs/1.updated_AntiReflective%20Coating%20on%20PV%20Cover%20Glass,%20DSM%20Slides%20for%20PV%20Taiwan.pdf

[17] https://www.docenti.unina.it/downloadPub.do?tipoFile=md&id=446014