فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی و پدیدهای عظیم است که در تمامی گرایشات علمی راه یافته و از فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه میباشد. این فناوری فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در ابعاد 1 تا 100 نانومتر میباشد. از جمله کاربردهای این فناوری در صنعت ساختمان و بخصوص در عایقهای صوتی بکار برده شده در ساختمانها است. از مزیتهای مواد عایق صدای نانو میتوان به کیفیت با لا و ضخامت کمتر آنها اشاره کرد. در این نوشتار اصول و انواع عایقهای صوتی نانو شرح داده شده و به کاربردهای آنها در صنعت ساخت و ساز اشاره شده است.
عایقهای صوتی
به منظور کاهش و مقابله با صوت انتقالی (آلودگی صوتی) از محیطی به محیط دیگر از عایقهای صوتی استفاده میشود. مزایای استفاده از عایقهای صوتی بطور کلی دو مورد زیر است:
-
- بهبود صدا در یک اتاق (اتاق بدون پژواک) و کاهش سر و صدا
- کاهش نشت به / از اتاق مجاور و یا خارج از منزل
در مواد عایق صوتی سرعت حرکت امواج صوتی کاهش مییابد. هرچه عایق صوتی قابلیت بیشتری در کاهش دادن سرعت صوت در یک محیط داشته باشد، به ضخامت کمتری نیز از آن مادهی عایق مورد نیاز است.
مواد و مصالح قدیمی و سنتی از جمله پشم شیشه، پشم سنگ، یونولیت، کناف، دیوار پوش و بلوکهای سیمانی به عنوان عایق صوتی، نمی توانند از لحاظ کیفیت جوابگوی انتظارات مشتریان باشند و این نوع مواد به علت معایب و نواقصی که دارند دیگر جایگاهی در صنعت ساختمان نداشته و با گذشت زمان، مواد و مصالح جدیدتری در بازار جایگزین مواد قدیمی و سنتی می گردد.
- استفاده از فناوری نانو در عایقهای صوتی
محصولات عایق صوتی که در آنها از فناوری نانو استفاده شده است به عنوان عایقهای مدرن مطرح هستند. مزیتهای کلی عایقهای صوتی مدرن نسبت به عایقهای قدیمی در زیر آمده است:
- کیفیت بالا و توانایی بیشتر عایقهای صوتی مدرن
- نیاز به ضخامت کمتر از این مواد که باعث بیشتر شدن فضای مفید ساختمان می شود
در ادامه به انواع عایقهای صوتی که در آن از فناوری نانو استفاده شده است اشاره میشود.
2-1. آئروژل
2-1-1. ساختار آئروژل و خاصیت عایق صوتی آن
آئروژل نوعی ماده جامد متخلخل فوق سبک با چگالی کم و شبیه ژل است که حفرههای بسیار ریز درون ساختارش دارد و مایع درون آن تحت شرایط خشک کردن فوق بحرانی خارج شدهاست. برای مثال قطر این حفرهها در آئروژل سیلیکا از 10 تا 100 نانومتر میباشد.
این مواد بطور شگفت انگیزی دارای چگالی و تراکم بسیار اندک هستند. امواج صوتی به هنگام گذر از میان حفرههای ریز درونی عایقها که پر از هواست، با سرعت به مراتب کمتری نسبت به آنچه در هوای معمولی رخ میدهد، حرکت میکنند. آئروژلها که از متخلخلترین مواد هستند، این وظیفه را به نحو احسن انجام میدهند. افزون بر این معمولاً ارتعاشات اندکی که در بخش جامد مادهی عایق رخ میدهد، سبب انتقال بخشی از انرژی صوتی میشود، که به سبب اینکه آئروژلها، دارای حداقل مادهی جامد در ساختار خود هستند و همین بخشهای جامد نیز با پیوند و اتصالی باریک و ظریف، به یکدیگر متصلند، انتقال انرژی صوتی از ماتریس جامد را نیز به حداقل میرسانند. سرعت حرکت صوت در آئروژل سیلیکای یکپارچه کمتر از هوا است و حدود کمتر ازm/s 40 اندازه گیری شده است و در آئروژل دانهای سرعت حرکت صوت حدودm/s 100 است [1].
روش ساخت و ساختار آئروژل سیلیکا
تصاویری از ساختار آئروژل سیلیکا
تصاویر آئروژل یکپارچه و دانهای (توجه: برخلاف تصویر فوق، در هنگام کار با نانومواد و نانوساختارها باید احتیاط لازم را در تماس مستقیم با پوست رعایت کرد)
2-1-2. کاربرد آئروژل به عنوان مادهی عایق صوتی در ساختمان
در کاربردهای ساختمانی، معمولاً آئروژلها به شکل نهفته در میان مواد دیگر استفاده میشوند تا ساختار آنها توسط این مواد محافظت شود. پانلهای شیشهای دوجداره که فضای میان آنها انباشته از آئروژل است برای نماسازی و استفاده در فضاهای داخلی ساختمان مناسب هستند و از آنجا که این سیستم نیمه شفاف است، در کاربردهای گوناگون معماری با اقبال زیادی مواجه خواهد شد.
پانل شیشهای دو جداره که مابین آنها انباشته از آئروژل است در فضاسازی داخلی و خارجی ساختمانها
مطالعات آکوستیکی نشان داده است که ضریب عایق صوتی (R) برای پنجرهای که مابین جدارههای آن از آئروژل دانهای استفاده شود به مقدار dB 3 بیشتر از پنجرهی دوجدارهی معمولی است. نمودار زیر ضریب کاهش صدا (R) را بر حسب فرکانس برای پنجرهی دو جدارهی معمولی و پنجرهی دوجدارهی حاوی آئروژل دانهای نشان میدهد [2].
اندیس کاهش صدا (R) بر حسب فرکانس برای پنجره دوجداره معمولی و پنجره دوجداره حاوی آئروژل [2].
2-1-3. مزیت استفاده از آئروژل به عنوان عایق صوتی
آئروژل علاوه بر خاصیت عایق صوتی، دارای خاصیت عایق حرارتی نیز میباشد و با کاربرد آن در ساختمان، در مصرف انرژی صرفهجویی میشود. در واقع آئروژلها به همان نسبت که میتوانند به عنوان عایق صوتی ایفای نقش کنند، در نقش عایق حرارتی نیز خود را کارآمد نشان دادهاند و میتوانند به عنوان نمایندهای از نوعی عایق چند منظوره در ساختمان استفاده شوند. از دیگر مزیتهای این ماده نیمه شفاف بودن آن است که در بسیاری از کاربردهای معماری جذاب میباشد و وزن سبک و کیفت بالای آن امکان ایجاد عایقهای نازک را میدهد. در واقع کارایی عایق سازی بالای آئروژلها سبب شده است که ضخامت عایق نیز کاهش یابد به خصوص در صنعت ساختمان سازی، فضای اختصاص یافته به مواد عایق نیز کاهش پیدا میکند و از جمله مزایای ویژه آئروژلها در طراحی ساختمان به شمار میآید.
2-2. فوم نانومتخلخل[1]
موادی که تخلخلهای نانومتری داشته باشند، میتوانند به عنوان عایق صوتی و حرارتی عمل کنند. مادهی نانومتخلخل چگالی پایینی دارد و ضخامت کمی از آن میتواند کارایی خوبی به عنوان عایق صوتی داشته باشد. پنلهای مواد نانومتخلخل میتوانند به فرمهای مختلف بسته به کاربرد ایجاد شوند و فرایند ساخت طوری کنترل میشود که در نهایت یک فوم نانومتخلخل داشته باشیم.
مواد عایق صوتی سنتی معمولا دارای میکروتخلخلها هستند. مثلاً در فوم پلیاورتان اندازهی تخلخلها و حفرهها دهها میکرومتر و بیشتر است. اندازهی این حفرهها بزرگ است و امواج صوتی مقاومت زیادی را در حین عبور از حفرهها حس نمیکنند ولی ایجاد تخلخلهای نانومتری کیفیت عایق صوتی را بالا میبرد بطوریکه میزان تضعیف صدا در این عایقها بینdB/cm 20 تا dB/cm100 است.
این مواد از نانوذرات سیلیکا، نانوذرات پلیمری و ذرات و الیاف دیگر ساخته میشوند و قطر حفرات آنها بین 5 نانومتر تا 10 میکرومتر میباشد. پلیمرهای انتخابی معمولاً پلییوریا، پلیمتیلمتکریلات، پلیاستایرین و پلینوربرنن هستند.
از خصوصیات این فومها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
این عایقها با ضخامتها و شکلهای مختلف برای کاربردهای متفاوت ساخته میشوند و میتوان از آنها در ساختمان سازی به عنوان عایقکاری دیوارها، کف، سقف، درزها یا لولهها استفاده کرد. بعد از ایجاد این فومها روی دیوار میتوان از لایههای محافظتی زیر برای پوشاندن آن استفاده کرد:
- تشکیل دیوار جدید
- پانل گچی
- کاغذ دیواری
- کامپوزیت
- چوب و MDF
فوم نانومتخلخل عایق صدا
2-3. کامپوزیتهای بر پایهی نانورس (nanoclay)
نانورسها کانیهایی هستند که حداقل یکی از ابعاد آنها در حد نانومتر باشد. این مواد به دلیل ارزانی و در دسترس بودن، توجه زیادی در زمینهی فناوری نانو به خود جلب کردهاند. نانورسها شامل صفحات کوچک و نامنظم رسی هستند که در حدود 1 نانومتر ضخامت و 100 نانومتر قطر دارند.
یک کامپوزیت عایق صدای ایدهآل باید داری ویژگیهای زیر باشد:
- خاصیت عایق صوتی خوب
- سختی بالا
- استحکام بالا
نانورس ها یکی از مواد پرکننده ی مهم برای پلیمرها هستند که به دلیل ساختارشان باعث ایجاد استحکام، مدول بالا، مقاوت حرارتی و جذب صدا میشوند. بنابراین کامپوزیتهای بر پایه نانورس دارای ویژگیهای بالا هستند و معمولاً با حل کردن مواد پلیمری مانند پلیپروپیلن و نانورس در یک حلال و تبخیر کردن حلال ایجاد میشوند. خواص این کامپوزیتها به نحوهی ایجاد کامپوزیت و درصد اجزای تشکیل دهندهی آنها بستگی دارد.
نانورس میتواند بصورت نانوکامپوزیت یا میکروکامپوزیت با پلیمر تشکیل شود اما نشان داده شده است که نانوکامپوزیت آن خواص بهتری از خود نشان میدهد.
این نانوکامپوزیتها اکثراً برای عایق صدا نمودن لولههایی که در آنها سیالاتی جریان دارد، استفاده میشود.
تهیه نانوکامپوزیت و میکروکامپوزیت پلیمر و نانورس
تصویر میکروسکوپی کامپوزیت پلی پروپیلن و نانورس
2-4. پوششهای عایق صوتی
رنگها و پوششهای عایق صوتی به راحتی میتوانند در ساختمانها به کار روند و قیمتآنها نیز نسبت به سایر عایقهای صوتی کمتر است. صداهایی که توسط دیوار و سطوح دیگر جذب نمیشوند عامل ایجاد صدای اضافه در ساختمانها هستند. اما اگر این سطوح توسط مواد عایق کنندهی صدا پوشش داده شوند کاهش صدا در ساختمان را خواهیم داشت. ایجاد پوششهای عایق صدا معمولاً در فرایند دومرحلهای انجام میشود. ابتدا یک پوشش پایه ایجاد میشود و سپس یک پوشش نهایی. پوشش پایه غشاهای نانویی ایجاد میکند که موجب جذب و انکسار امواج صوتی میشوند و پوشش نهایی به ایجاد یک پوشش پیوسته در طول دیوار کمک میکند. این پوششها به راحتی و به همان روشهای رنگ معمولی روی دیوار ایجاد میشوند.
یک نمونهی تجاری شده از این پوششها توسط کمپانی Acoustical surfaces به نام Coat Of Silence معرفی شده و میزان کاهش صدا برای دیوار معمولی، دیواری که یک طرف آن از این پوشش داده شده و دیواری که دو طرف آن پوشش داده شده، اندازهگیری شده است. این پوششها در کل حدود dB5/5-3 در کاهش صدا مؤثر بودند.
میزان کاهش صدا در دیوارهای پوشش داده شده توسط پوشش عایق coat of silence [3].
- وضعیت فناوری عایق های صوتی در ایران و جهان
کارشناسان با اشاره به آثار مخرب و آزار صداهای نامناسب حاصل از زندگی ماشینی در سلامت جسم و روان و بروز بیماریهای عصبی و حتی ناشنوایی، معتقدند که در طراحی ساختمان های جدید باید شاخصهای کاهش صدا[2] از سوی مراجع رسمی مورد توجه قرار گیرد.
امروزه آییننامه و مقررات صدابندی درکشورهای سوئد، سوئیس، کانادا، آمریکا وانگلیس در دستور کار قرارگرفته است. درکشور ما و بخصوص در تهران نیز با تراکم جمعیت و ترافیک بالا باید مقررات استفاده از عایقها در دیوار، سقف و پنجرههای مناسب طبق استانداردها و تجربه کشورهای پیشرفته اجباری شود و از معماران، کارفرمایان و سازندگان ساختمانها بخواهیم تا برای ایجاد محیط زندگی با آرامش نسبی ساختمانهای عایق کاری شده و با صدابندی مناسب را عرضه کنند.
دراین مسیر دولت، وزارت مسکن وشهرسازی، اتحادیههای مرتبط با ساخت مسکن وساختمانهای اداری، وزارت صنایع و معادن و …. باید مقررات صدابندی و استفاده از عایقها، به خصوص عایقهای مدرن که کیفیت بالایی نسبت به عایقهای سنتی دارند را توصیه و اجباری کنند.
- شرکتهای فعال در زمینهی نانو عایقهای صوتی
- لولههای بیصدا مبتنی بر فناوری نانو یکی از دستاوردهای ارائه شده از سوی شرکت )پارساپلیمر شریف) است. لایهی میانی این لولهها از انتقال صوت جلوگیری میکند و لایه داخلی و خارجی لولهها نیز در برابر ضربه و خراشیدگی مقاوم است.
- شرکت (واکنش صنعت پارت) آئروژل سیلیکا را با نام تجاری ایرولیت در مقیاس صنعتی تولید میکند.
- شرکت (نانوعایق دانش) محصولات آئروژلی همانند آئروژل سیلیکایی و نانوکامپوزیتی و پتوی عایق آئروژلی را تولید میکند.
——————————————-
[1] Nanoporous foam
[2] Sound reduction index
———————
منابع:
[1] نانوفناوری در معماری و مهندسی ساختمان، دکتر محمود گلابچی، انشارات دانشگاه تهران، 1390
[2] Soun control in buildings, M. W. Simons, J. R. Waters, Australia Blackwell Publishing, 2004.
[3] http://www.coatofsilence.com/
[4] Sound-insulation noise-reduction wall coating, CN 103483948 A, 2014.
[5] Environment protecting sound-proof noise reducing wall surface paster, CN 203295901 U, 2013.
[6] Soundproofing nanoclay composite and method of manufacturing the same, WO 2011010830 A2, 2011.
[7] Porous nano-material and sound attenuator based on porous nano-material, CN 103694669 A, 2014.
[8] www.nano.ir
—————————————————
گرداوری و تنظیم:
- زهرا اندجی گرمارودی
- شرکت توسعه نانوفناوری افشار
ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
(توجه: 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 دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.
====================================================================================
