کاربردهای فناوری نانو در پوشش‌های خودتمیزشونده

1. مقدمه

بسیاری از فناوری­های امروزی از طبیعت الهام گرفته­اند. سطوح خودتمیزشونده اولین بار با کشف ریزساختار برگ نیلوفر آبی، که برخلاف ظاهر صافش در مقیاس نانو یا میکرو زبر است، مورد توجه قرار گرفتند. پدیده خودتمیزشوندگی به زاویه تماس بستگی دارد و بر این اساس، سطوح خودتمیزشونده به دو دسته ابرآبدوست (بیونیک) و ابرآبگریز (فوتوکاتالیستی) تقسیم می­شوند. برخلاف سطوح ابرآبگریز که فقط از سازوکار جریان قطرات آب برای اثر خودتمیزشوندگی استفاده می­کنند، سطوح ابرآبدوست با فرایند فوتوکاتالیز ساختار شیمیایی آلودگی­ها را در مجاورت نور خورشید از بین می­برند، اما به علت آسانی فراوری ساخت و در دسترس بودن امکانات، امروزه سطوح ابرآبگریز بیشتر مورد توجه قرار گرفته­اند. با استفاده از فناوری نانوپوشش­های خودتمیزشونده در زمینه­های مختلفی مانند صنعت نساجی، صنعت اتومبیل­سازی، صنعت هواپیماسازی و صنایع نوری، محصولات تجاری زیادی به مرحله تولید رسیده­اند.

2. بازار نانوپوشش­های خود تمیزشونده

سطوح خودتمیزشونده در زمینه­های مختلفی کاربرد دارند. در حال حاضر، این فناوری در صنعت نساجی(پارچه­های خودتمیزشونده(، صنعت اتومبیل­سازی(شیشه­های خودتمیزشونده، بدنه ماشین، و آیینه­ها(، صنایع نوری (دوربین­ها، سنسورها، لنزها، تلسکوپها(، صنعت کشتی­سازی)پوششهای ضدخوردگی(، و صنعت هواپیماسازی)سطوح غیرچسبنده( کاربرد فراوانی دارد. پوشش­های خودتمیزشونده می­توانند به عنوان پنجره­ها، رنگ­ها و صفحات خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. اکنون، محصولات خودتمیزشونده بسیاری به صورت تجاری وجود دارند. در سال ۲۰۰۱، شیشه­های تولید شده توسط شرکت پیلکینگتون[1] اولین دسته از پوشش­های خودتمیزشونده بودند که به صورت تجاری مورد استفاده قرار گرفتند. این شیشه­ها از لایه نازک و شفاف دی­اکسید تیتانیم ساخته شده بودند. در سال ۲۰۰۹ نرخ بازار جهانى براى محصولات فوتوکاتالیستى ۸۴۸ میلیون دلار بود. نرخ رشد سالانه محصولات در مدت 5 سالانه بعد از 2009،  ۳/۱۴ درصد بوده است و حجم محصولات جهانى به نرخ ۷/۱ میلیارد دلار در ۲۰۱۴ رسیده است. بزرگترین حجم فروش مواد فتوکاتالیستى، بخش مواد تولیدى هستند که افزایش فروش آنها از ۳/۷۴۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۹ به تقریبا ۵/۱ میلیون دلار در ۲۰۱۴ بوده است. محصولات مصرف کننده در مدت زمان 2009 تا 2014،  شامل ۲/۱۳ درصد افزایش بوده که متناسب با آن حجم فروش این  محصولات در بازار از ۱/۸۵ میلیون دلار در سال ۲۰۰۹ به ۴/۱۵۸ میلیون دلار در سال ۲۰۱۴ افزایش یافته است. محصولات دیگر از مجموع ۱/۲۲ میلیون دلار فروش در سال ۲۰۰۹ حجم کوچکترى را به خود اختصاص دادند. با ۷/۸ درصد نرخ رشد سالانه محصولات فروش محصولات در بازار به نرخ ۶/۳۳ میلیون دلار در سال ۲۰۱۴ رسیده است. فروش محصولات در بازار به کل بخش فتوکاتالیستى وابسته است. فوتوکاتالیستهاى نانومقیاس در داخل این مقادیر گنجانده شده­اند اما به صورت جزئى اطلاعاتی در مورد آن‎ها ارائه نشده است.  با این حال، درصد محصولات نانومقیاس قابل تولید در طول سال­هاى اخیر افزایش یافته است و این روند احتمالا در آینده ادامه خواهد داشت [8].

گزارشی توسط مرکز گرند[2] از بازار نانوپوشش­ها از جمله پوشش­های خودتمیز شونده منتشر شده است. در این گزارش به بررسی بازار پوشش­های همچون ضد اثر انگشت، آنتی باکتریال، ضد خزه، راحت تمیز شونده و خود تمیز شونده در صنایع پزشکی، غذا، بسته­بندی، دریایی، آب، الکترونیک، ساختمان، اتومبیل و انرژی تا سال 2020 پرداخته شده است. بازار نانوپوشش­ها در سال 2012،  1495 میلیون دلار برای 225 کیلو تن از این پوشش­ها بوده است. طبق شکل 1، بخش پوشش­های خو تمیزشونده شامل هر دو نوع نانوپوشش­های فوتوکاتالیستی و بیونیک است. همانگونه که درنمودار زیر مشاهده می­شود تمامی انواع نانوپوشش­ها از جمله پوشش­های خود تمیزشونده در حال رشد می­باشند [5].

شکل1. تخمین سهم بازار نانوپوشش­ها در انواع مختلف این پوشش­ها  طی سال های 2012-2020 (پوشش­های خودتمیزشونده درصدی از قسمت بنفش رنگ را در بر می­گیرد) [5].

در ادامه به مطالب علمی، کاربرد صنعتی، شرکت­های سازنده و همچنین پتنت­های موجود در مورد پوشش­های نانوساختار خودتمیزشونده پرداخته می­شود.

3. پوشش­های خودتمیزشونده

فناوری خودتمیزشوندگی در قرن بیست و یکم توجه زیادی را به خود جلب کرده ­است. این فناوری موجب کاهش هزینه­های مربوط به نگهداری و مدت زمان لازم برای تمیز نگهداشتن تجهیزات و همینطور سبب افزایش دوام آنها می­شود. سطوح خودتمیزشونده به طور کلی به دو دسته تقسیم می­شوند. سطوح خودتمیزشونده آبدوست و سطوح خودتمیزشونده آبگریز، که البته هر دو دسته به کمک آب خود را تمیز می­کنند. در پوشش­های آبدوست آب در سطح گسترده می­شود. به این ترتیب می­تواند آلودگی­ها را با خود حمل کند و از بین ببرد. در حالی که در سطوح آبگریز قطرات آب روی سطح سر می­خورند و آن را تمیز می­کنند. مزیتی که سطوح خودتمیزشونده آبدوست نسبت به سطوح آبگریز دارند این است که اگر از اکسیدهای فلزی مناسب استفاده شود، به کمک نور خورشید، سبب از بین رفتن ساختار شیمیایی آلودگی­ها می­شوند[3]. اما به علت در دسترس بودن فناوری­های موجود، آنچه امروزه به عنوان سطوح خود تمیزشونده کاربرد بیشتری دارد، سطوح آبگریز است[4].

پدیده خودتمیزشوندگی به زاویه تماس بستگی دارد. زاویه تماس در فصل مشترک سه فاز جامد و مایع و گاز در محل تماس قطره مایع با سطح جامد تشکیل می­شود. به طور کلی، اگر زاویه تماس کمتر از ۹۰ درجه باشد، سطح را آبدوست می­گویند، در حالی که اگر این زاویه بیشتر از ۹۰ درجه باشد، سطح را آبگریز می­نامند. سطوح با زاویه تماس نزدیک به صفر درجه ابرآبدوست و سطوح با زاویه تماس بیشتر از ۱۵۰ درجه ابرآبگریز نام دارند. سطوح آبگریز دارای انرژی سطحی بسیار پایین هستند، در حالی که انرژی سطحی سطوح آبدوست بسیار بالاست [5]. استفاده از فناوری نانو و ایجاد خواص متفاوت در ابعاد نانومتری دستیابی به سطوح ابرآبگریز و ابرآبدوست را ممکن کرده است.

1.3. پوشش­های آبگریز و ابرآبگریز

اساس ویژگی آب گریزی یک سطح، سازو کار اثری موسوم به لوتوس در برگ گیاهان است. در این حالت آب به محض تماس با سطح به شکل قطرات کروی تجمع و از روی سطح لغزیده و ذرات آلودگی و خاک ها را با خود از روی سطح می­زداید. میزان خیس شدن یک سطح جامد با آب در هوای محیط به چگونگی ارتباط میان کشش های سطحی آب/هوا، جامد/آب و جامد/هوا بستگی دارد. نسبت میان این کشش‎ها، زاویه تماس بین یک قطره آب و سطحی که روی آن قرار گرفته را تخمین می زند.

وارد و همکارانش برای اولین بار مشاهده کردند که برگ نیلوفر آبی در مرداب­ها کاملا پاک است و هیچ چگونه آلودگی­ای در آن مشاهده نمی­شود [7]. در دهه ۱۹۶۰، مطالعاتی که به­ وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM انجام گرفت، نشان داد سطوحی که کاملاً از نظر ماکروسکوپی صاف به نظر می­رسند در مقیاس میکروسکوپی زبر هستند ]10-8 [.زمانی که یک سطح دارای بافتی در مقیاس میکرومتر یا نانومتر باشد، فصل مشترک بین هوا و آب در یک قطره که بر روی سطح قرار گرفته اس،ت افزایش پیدا می­کند و نیروی موئینگی بین قطره و سطح شدیدا کم می­شود. بنابراین، قطره آب شکل کروی به خود می­گیرد و به راحتی جریان پیدا می­کند[11] ذرات آلودگی و غبار به آن متصل می­شوند (شکل2).

نتایج تحقیقات گوو و همکارانش بیانگر این بود که دو دسته ریزساختار سطحی در برگ درختان وجود دارد [12]:

1. ساختارهای مرتبه­ای میکرو و نانو: برگ نیلوفر آبی در شکل 3 دارای ساختار مرتبه­ای است. برگ این گیاه دارای شیارهایی با اندازه 100-3 میکرومتر است و ذراتی در اندازه 100 نانومتر در سرتاسر شیارها به صورت پراکنده قرار گرفته­اند.

شکل2. تصویر یک قطره آب بر روی برگ نیلوفر آبی، ذرات آلودگی روی قطره آب می­چسبند و از سطح جدا می­شوند [6].

2. 2 ساختارهای ریزخطوط همراستا: شکل 4 تصویر پشت برگ رامی است که دارای ساختار هم­راستا است و در آن رشته‎هایی با قطر ۱ تا ۲ میکرومتر در سرتاسر سطح دیده می­شوند. این یافته­ها راه را برای توسعه روشهای تهیه سطح ابرآبگریز با تقلید از سطوح موجود در طبیعت هموار کرد. پژوهشگران زیادی در سراسر دنیا تلاش کرده­اند سطوحی تولید کنند که هم انرژی سطحی آنها بسیار کم باشد و هم بتوان مورفولوژی سطح را در مقیاس میکرو و نانو کنترل کرد و به این ترتیب، به یک سطح ابرآبگریز دست یافت. تحقیقات نشان می­دهد که ایجاد زاویه تماس بیشتر از ۱۲۰ درجه بر روی یک سطح صاف فقط با اتکا به ساختار شیمیایی آبگریز آن سطح، بدون هیچ بافتی در ابعاد نانو یا میکرو، تقریباً ناممکن است. بنابراین، برای ایجاد سطوح ابرآبگریز دو جزء زبری سطح و ساختار شیمیایی آبگریز )انرژی سطحی پایین( باید وجود داشته باشند[13]. زاویه تماس آب در سطوح با انرژی کم به شدت با افزایش تخلخل و زبری سطح افزایش پیدا می­کند. تاثیر زبری سطح را می­توان با کمک معادله ونزل بیان کرد. معادله ونزل پیش بینی می­کند که اگر سطح مولکولی آبگریزی زبر باشد، آبگریزی بیشتری را نشان می­دهد [14].

شکل3. تصویر ساختار مرتبه­ای برگ گل نیلوفر آبی[3].

شکل4. تصویر پشت برگ رامی 16 با ساختار همراستا[3].

روشهای مورد استفاده برای تولید سطوح آبگریز و ابرآبگریز را می­توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:

1. ساخت یک سطح زبر از یک ماده با انرژی سطحی پایین: در این روش سطوحی که آبگریز هستند با تغییر در مورفولوژی سطح آنها، به سطوح ابرآبگریز تبدیل می­شوند.
2. اصلاح یک سطح زبر با یک ماده با انرژی سطحی پایین: در این روش پوششهای نازکی از مواد با انرژی سطحی پایین به روشهای مختلف بر روی سطوحی که زبر هستند، ایجاد می­شود. معمولاً برای ایجاد چنین سطوحی از تلفیق دو روش بالا استفاده می­شود. از متداول­ترین روشهای مورد استفاده برای ایجاد سطوح ابرآبگریز می­توان به رسوب­دهی الکتروشیمیایی [17-15]، لیتوگرافی[20و 19]، خودچینش و روشهای لایه لایه [25-21]، الکتروریسی [26]، روش­های سل-ژل و واکنش­های پلیمری کردن[29-27] اشاره کرد.

نانوپوشش­های خود تمیز شونده در دو نوع آلی و غیرآلی تولید می­شوند. اعمال این دسته از پوشش­ها به دلیل نیاز به ایجاد یک لایه نازک پوششی می­تواند به روش­های چاپ غلطکی، لعاب­دهی الکتروستاتیک و یا اسپری کردن انجام می­شود.

ايجاد پوشش بر روي شيشه مي­تواند منجر به ويژگي­هاي ذيل براي آن­ها شود[35-30]:

• پس زدن آب و روغن از روي شيشه؛
• عدم چسبيدن آلودگي و كثيفي بر روي شيشه؛
• پاك شدن گل و لاي بوسيله آب باران؛
• عدم رسوب گرفتن شيشه؛
• ممانعت از خوردگي؛
• افزايش استحكام و مقاومت شيشه در برابر خش افتادگي؛
• جلوگيري از تشكيل اثر انگشت روي شيشه؛
• روشن تر و شفاف تر شدن شيشه تا 20%؛
• يكنواخت تر شدن سطح شيشه تا 30% ؛
• افزايش ديد از طريق شيشه در شرايط بد آب و هوايي؛
• تميز باقي ماندن شيشه تا مدت زمان طولاني.

شکل­ 5. شیشه­­ی خودتمیزشونده تولید شده توسط شرکت پیلکینگتون[42].

1.1.3. کاربرد سطوح ابرآبگریز

یکی از مهمترین کاربردهای سطوح آبگریز استفاده از آنها به عنوان ضدیخ است. در مناطق سردسیر، یخ در سطح جامدات رسوب می­کند و باعث افت خواص مکانیکی سیستم­های جامد می­شود. سطوح ابرآبگریز مانع ایجاد یخ بر روی جامدات می­شوند[36 و 37]. نتایج تحقیقات نشان می­دهد که هوا در سطوح سرد باید فرااشباع شود تا جوانه­زنی بلورهای یخ آغاز گردد. درجه فرااشباع به مقدار انرژی سطحی بستگی دارد که آن هم بر جوانه­زنی اولیه بلور یخ تاثیر می­گذارد. سطوح سردی که انرژی کمتری دارند دارای درجه فوق‎اشباع بالاتری برای جوانه‎زنی هستند. لایه­های نازک آبگریز به عنوان سطوح دارای کمترین انرژی سطحی می­توانند مانع تشکیل یخ بر روی جامدات شوند. خواص چسبندگی و مغناطیسی قطرات آب[40-38]، برهمکنش یک قطره آب و سطح جامد] ۴۱[، و دفع قطرات روغنی از جمله زمینه­های تحقیقاتی در فناوری سطوح ابرآبگریز هستند.

4. کاربرد سطوح خودتمیزشونده درصنعت

سطوح خودتمیزشونده در زمینه­های مختلفی کاربرد دارند. در حال حاضر، این فناوری در صنعت نساجی(پارچه­های خودتمیزشونده(، صنعت اتومبیل­سازی(شیشه­های خودتمیزشونده، بدنه ماشین، و آیینه­ها(، صنایع نوری (دوربین­ها، سنسورها، لنزها، تلسکوپها(، صنعت کشتی­سازی)پوششهای ضدخوردگی(، و صنعت هواپیماسازی)سطوح غیرچسبنده( کاربرد فراوانی دارد. پوشش­های خودتمیزشونده می­توانند به عنوان پنجره­ها، رنگ­ها و صفحات خورشیدی نیز مورد استفاده قرار گیرند. اکنون، محصولات خودتمیزشونده بسیاری به صورت

شکل 6. تنوع رنگ­های خودتمیزشونده­ی تولید شده توسط شرکت لوتوسان آلمان[43].

تجاری وجود دارند. گروه پیلکینگتون[42] برای اولین بار یک شیشه خودتمیزشونده را تجاری کرده است. شکل­ 5 شیشه­ی تولید شده توسط شرکت پیلکینگتون را نشان می­دهد. شرکت آلمانی لوتوسان رنگ­های خودتمیزشونده تولید می­کند [43]. در شکل 6 تنوع رنگ­های خودتمیزشونده­ی تولید شده توسط شرکت لوتوسان آلمان نشان داده شده است. صنعت شیشه کاردینال در اروپا[44] سنت-گوباین[45]، صنعت PPG شيشه‌هاي خود تميز شونده با نام تجاري SunClean توليد مي‌كند [46]، شركت آمريكايي Jita Enterprise  دي اكسيد تيتانيوم توليد مي‌كند و آن را به عنوان يك فوتو كاتاليست در محصولات تهويه هوا و همچنين شيشه‌هاي خود تميز شونده به كار مي‌گيرد [47]، شركت ژاپنيAsahi Glass  شيشه­هاي خودتميزشونده با نام تجاري Viewtec تولید می­کند [48]، شركت ژاپني  Nippon Sheet Glassشيشه­هاي خودتميزشونده با نام تجاري Cleartect که مشخصات نوري شيشه را عوض نمي كند، تولید می­کند[49]، شركت ژاپني Toyo Toki محصولی با نام تجاری  Hydrotectرا براي خواص خود تميز كنندگي و آنتي باكتريال در شيشه، كاشي و سراميك، نماي ساختمان و آينه و شيشه اتومبيل توليد مي‌كنند[50] و شركت استراليایی Nanovations محصولي با نام NP  براي پوشش­دهي شيشه­ها دارد كه علاوه بر قابليت دفع آب و آلودگي، در برابر خش نيز مقاوم است. در ضمن در برابرشوينده­هاي شيميايي و اسيدهاي ملايم نيز مقاوم بوده و تحمل حرارت تا 250 درجه سانتيگراد را دارد[51]، از جمله سایر تولیدکنندگانی هستند که با استفاده از فناوری سطوح خود تمیزشونده به تولید محصول می­پردازند.

شرکت  Industrial Nanotech[52] با استفاده از فناوری‌ نانو، راه‌کارهایی برای حل مشکلات در بخش انرژی ارائه می‌کند. این شرکت اخیرا محصول جدیدی به بازار عرضه کرده که نوعی پوشش هوشمند بوده و دارای رنگهای متنوعی است. این پوشش دارای خواص عایق حرارتی، خودتمیزشونده، انعکاس‌دهنده و مقاوم در برابر قارچ‌ها است. با این ویژگی‌ها، این پوشش می‌تواند برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی مناسب باشد. این محصول زیست سازگار بوده و می‌تواند به رنگ‌های مختلفی در آمده و به راحتی قابل استفاده روی دیوارها است. بنابراین می‌توان از آن برای پوشش‌دهی دیوار منازل و سازمان‌ها جهت کاهش مصرف انرژی استفاده کرد. این پوشش، با رنگ سفید دارای هاله‌های رنگی به بازار عرضه می‌شود. با استفاده از این محصول علاوه بر ظاهر زیبا، در مصرف انرژی نیز صرفه‌جویی خواهد شد. همچنین به دلیل وجود خاصیت خودتمیزشوندگی، این پوشش موجب تمیز ماندن دیوار ساختمان شده و در نتیجه در دراز مدت هزینه تعمیر و نگهداری را به شدت کاهش می‌دهد.

مجموعه‌ی نیسان در مشغول کار و تست بر روی نمونه‌ای می باشد که با ارائه‌ی آن عملیات شستشوی ماشین‌ها به تاریخ می‌پیوندد. این خودروی در حال آزمایش از یک رویکرد نانو رنگ استفاده می نماید که آلودگی و دوده‌ها را از خود دور خواهد داشت. این خودروساز ژاپنی خودروی مورد نظر خود را در آزمایشات متعدد در معرض آلودگی قرار داد تا وضعیت عملکرد آن را در جهان حقیقی درک نماید.
رویکرد نیسان، نه فقط همانند عملیات شستشوی ماشین وقت گیر و گران قیمت نمی باشد، بلکه بسیار کوتاه نیز می‌باشد. این شرکت اولین مجموعه‌ای است که از رویکرد ضدآب و ضد چربی صنعتی تحت عنوان Ultra-Ever Dry  در بدنه‌ی وسیله نقلیه‌ی خود استفاده نموده است. این رویکرد به منظور دفع تمامی مایعات آبی و برخی از مایعات روغنی از بدنه‌ی خودرو با استفاده از یک لایه‌ی محافظ هوا طراحی شده است. هنگام عبور یک خودروی با این پوشش از یک گودال گل‌آلود، به نظر میرسد  این ماده از چسبیدن گل و لای جاده و چاله ها به بدنه‌ی خودرو ممانعت به عمل می آورد و خودرو را پاکیزه نگاه  خواهد داشت [53]. شکل 7 تصاویری از این خودرو را نشان می­دهد.

شکل7. خودرو رنگ­آمیزی شده با رنگ­های خود تمیزشونده [53].

بسیاری از مشتریان در سال 2013 از این که تجهیزات از جنس فولاد زتگ­زن آنها، به دلیل باقی ماندن اثر انگشت و همچنین نیاز به تمیزکاری زیاد، ناراضی بودند. پوشش Self Cleen برای از بین بردن اثرات انگشت، جلوگیری از لکه شدن تجهیزات از جنس فولاد زنگ­نزن مانند اجاق گازها می­توانند مورد استفاده قرار گیرد. این محصول  تقریبا با قیمت 30 دلار عرضه می­شود [54].

شکل8. اسپری برای ایجاد پوشش خودتمیزشونده [54].

5. برخی از اختراعات ثبت شده در زمینه پوشش­های خودتمیزشونده

در پتنت شماره US20130337226 A1  محققان دانشگاه هیوستون در سال 2013 به ثبت پوشش خود تمیز شونده و روش ساخت آن پرداختند. روش مورد نظر برای ایجاد پوشش خود تمیز شونده بر روی یک بستر شامل انتخاب بستر، تمیز کاری بستر که موجب ایجاد شیار های میکروسکوپی در سطح می‎شود، است. یکی دیگر از روش های مورد استفاده شامل پوشش دهی سطح زبر با یک عامل شیمیایی آب گریز است. عامل شیمیای آب گریز به صورت کوالانت به بستر چسبیده و شیار هایی میکروسکوپی را ایجاد می کند. برای اعمال این روش گام اول انتخاب یک بستر دلخواه است. می توان از سیلیکون دی اکسید، اکسید فلزات مختلف، کامپوزیت‌های آلی یا غیر آلی و یا مواد دیگر استفاده کرد. گام دوم سخت سازی مکانیکی سطح بستر با استفاده از ساینده است تا شیارهای ریزی به عمق حدود یک نانومتر تا یک میکرومتر ایجاد شود.در گام سوم این سطح را با یک عامل شیمیایی آب گریز در محیط کنترل شده پوشش می دهیم. از جمله مواد شیمیایی مناسب می توان به فلوروالکیسیلان یا مواد شیمیایی مناسب برای ایجاد سطح آب گریز با ویژگی نانوسکوپی بین 10 نانو متر تا 1 میکرو متر اشاره نمود.

در پتنت دیگری با شماره ثبت US8367579 B2 محققان زیمنس به ثبت پوشش خود تمیز شونده فلوروکربنی فوق مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی پرداخته است. در این روش، پوشش به این صورت آماده می شود که حداقل یک سوسپانسیون تیتانیوم دی اکسید آماده می شود، و با استفاده از یک روش شیمیایی تر هم چون dip coating، اسپری یا پوشش دهی جریانی (flow coating) بر روی سطح پلاستیکی اعمال می شود

در پتنت با شماره ثبت US20130247430 A1 محققان دنیسپاکاد به ثبت سیستم حرارتی پوشش دهی شده با یک پوشش خود تمیز شونده و روش تولید آن پرداخته شده است. سیستم حرارتی شامل یک بستر فلزی، که حداقل بخشی از آن با یک پوشش خود تمیز شونده شامل حداقل یک کاتالیست اکسیداسیون انتخاب شده از اکسید های پلاتینی پوشش داده شده و حداقل یک دوپنت از این کاتالیست از اکسید های عناصر نادر خاکی انتخاب شده باشد. پوشش خود تمیز شونده یک پوشش دو لایه شامل یک لایه داخلی است که حداقل به صورت جزئی سطح فلزی را پوشش داده و دارای دوپنت باشد، و لایه‌ی بیرونی که در تماس با هوای بیرون بوده و شامل کاتالیست اکسیداسیون است. این پوشش تشکیل شده از اکسید پالادیوم به همراه دوپنتاکسید ایتریم است.

به طور کلی می­توان گفت که فناوری سطوح خودتمیزشونده به منظور افزایش دوام، کاهش هزینه­ها، و کاهش زمان مورد نیاز برای نگهداری از تجهیزات، در حال حاضر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این سطوح به دو دسته ابرآبگریز و ابرآبدوست تقسیم شده­اند و با سازوکارهای نسبتاً مشابه­ی، به منظور جلوگیری از رسوب آلودگی ها، به صورت پوششی بر روی سطوح مختلف مورد استفاده قرار می­گیرند. کاربردهای فراوانی که سطوح خودتمیزشونده دارند موجب ایجاد زمینه های کاربردی مختلفی مانند صنعت نساجی، صنعت اتومبیل سازی، صنعت هواپیما سازی و صنایع نوری استفاده شود، محصولات تجاری زیادی با استفاده از این فناوری به مرحله تولید رسیده اند. در جدول 1 به اختصار اختراع­های ثبت شده مرتبط با این موضوع آورده شده است.

جدول 1. برخی از اختراع­های ثبت شده مرتبط با پوشش­های خود تمیزشونده

6. مرجع
7. http://www.grandviewresearch.com
8. Robin A. Mcintyre, Common nano-materials and their use in real world applications, Science Progress (2012).
9. Ganesh, V. A., H. K. Raut, et al. (2011). “A review on self-cleaning coatings.” J. Mater. Chem.21(41) : 16304-16322.
10. Solga, A., Z. Cerman, et al. (2007). “The dream of staying clean: Lotus and biomimetic ” Bioinspiration & Biomimetics 2: S126.
11. Blossey, R. (2003). “Self-cleaning surfacesvirtual ” Nature materials 2 (5) : 301-306.
12. wikipedia.org
13. Cerman, A. Solga, B. F. Striffler, M. Spaeth and W. Barthlott,Bioinspir. Biomimetics, 2007, 2, S126–134.
14. R. Lawrence and A. R. Parker, Nature, 2001, 414, 33–34. 10.
15. Herminghaus, Europhys. Lett., 2000, 52, 165–170.
16. Ball, Nature, 1999, 400, 507–509.
17. Herminghaus S 2000 Roughness-induced nonwetting Lett. 52 165–170.
18. Z. Luo, Z. Z. Zhang, L. T. Hu, W. M. Liu, Z. G. Guo, H. J. Zhangand W. J. Wang, Adv. Mater., 2008, 20, 970–974.
19. Nishino T,MeguroM, Nakamae K, MatsushitaMand Ueda Y 1999 The lowest surface free energy based on -CF3 alignment Langmuir 15 4321–3
20. E. J. Bell, I. A. Larmour and G. C. Saunders, Angew. Chem., Int.Ed., 2007, 46, 1710–1712.
21. Li, Y. and G. A. Somorjai (2010). «Nanoscale advances in catalysis and energy applications.» Nano letters10 (7) : 2289-2295.
22. L. Song, S. T. Wang and L. Jiang, Nanotechnology, 2007, 18,015103.
23. Z. Xia, Y. Li, Y. Y. Song and X. H. Xia, Chem. Mater., 2007, 19,5758–5764.
24. Notsu, W. Kubo, I. Shitanda and T. Tatsuma, J. Mater. Chem.,2005, 15, 1523–1527.
25. Martines, K. Seunarine, H. Morgan, N. Ga degaard , C. D. W. Wilikinsonand. M.O.Riehle,NanoLe tt., 2005,5, 2097–2103.
26. Tang, Y. Y. Liu, R. H. Wang, H. F. Lu, L. Li, Y. Y. Kong,K. H. Qi and J. H. Xin, J. Mater. Chem., 2007, 17, 1071–1078.
27. G. Hu, T. Wang and S. J. Dong, Chem. Commun., 2007, 18, 1849.
28. Tsyalkovsky, K. Ramaratnam, V. Klep and I. Luzinov, Chem.Commun., 2007, 43, 4510–4512.
29. Ofir, B. Samanta, P. Arumugamand V. M. Rotello, Adv. Mater.,2007, 19, 4075–4079.
30. Q. Ge, C. Sun and Z. Z. Gu, Thin Solid Films, 2007, 515, 4686–4690.
31. A. Orlicki, N. E. Zander, A. S. Karikari, T. E. Long andA. M. Rawlett, Chem. Mater., 2007, 19, 6145–6149.
32. Ma, Y. Mao, M. Gupta, K. K. Gleason and G. C. Rutledge,Macromolecules, 2005, 38, 9742–9748.
33. J. Shirtcliffe, G. McHale, M. I. Newton, C. C. Perry andP. Roach, Chem. Commun., 2005, 3135–3137.
34. Hikita, K. Tanaka, T. Nakamura, T. Kajiyama andA. Takahara, Langmuir, 2005, 21,7299–7302.
35. M. Shang, Y. Wang, S. J. Limmer, T. P. Chou, K. Takahashi andG. Z. Cao, Thin Solid Films, 2005, 472, 37–43.
36. A. Orlicki, N. E. Zander, A. S. Karikari, T. E. Long andA. M. Rawlett, Chem. Mater., 2007, 19, 6145 6149.
37. Farzaneh and R. Menini, Surf. Coat. Technol., 2009, 203, 1941–1946.
38. Farzaneh and D. K. Sarkar, J. Adhes. Sci. Technol., 2009, 23,1215–1237.
39. Farzaneh and S. A. Kulinich, Appl. Surf. Sci., 2004, 230, 232–240.
40. A. Kulinich and M. Farzaneh, Langmuir, 2009, 25, 8854–8856.
41. Farzaneh and S. A. Kulinich, Appl. Surf. Sci., 2009, 255, 8153–8157.
42. L. Webb and B. Na, Int. J. Heat Mass Transfer, 2003, 46, 3797–3808.
43. Cetinkaya, S. Bodurogu, W. J. Dressick, A. Singh andM. C. Demirel, Langmuir, 2007, 23, 11391.
44. M. Liu and Z. G. Guo, Appl. Phys. Lett., 2007, 90, 223111–223114.
45. M. Dai and L. T. Qu, Adv. Mater., 2007, 19, 3844–3849.
46. Ybert, C. Duez, C. Clanet and L. Bocquet, Nat. Phys., 2007, 3,180–183.
47. -G. Lee and H.-Y. Kim, Langmuir, 2007, 24, 142–145.
48. http://www.pilkington.com/en-gb/uk/products/product-categories/self-cleaning
49. http://www.lotusan.de
50. http://www.cardinalcorp.com
51. http://www.Saint-gobain.com/en
52. http://www.ppg.com/en/pages/default.aspx
53. http://www.jitaenterprise.com
54. http://www.af-info.or.jp
55. http://www.nsg.com
56. http://www.toto.co.jp
57. http://www.nanovations.com.au
58. http://www.industrial-nanotech.com
59. http://finance.yahoo.com/news/nissan-made-self-cleaning-car-233900851.html
60. http://selfcleen.com

[1] Pilkington Co

[2]Grand view research

———————————————————————

بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================