بررسی نانوذرات به عنوان پوشش مصالح ساخت‌وساز
در حال حاضر ظهور این مواد جدید به طور قابل‌توجهی صنعت ساخت‌وساز را تحت تأثیر قرار داده است و با ادامه ورود نوآوری‌ها به بازار، ما شاهد کاربردهای جدید و مزایایی خواهیم بود که آنها به ارمغان می‌آورند.
ویژگی‌های منحصر به فرد نانوذرات، عملکردهای جدیدی را در ساختمان‌ها ایجاد می‌کند.
در حال حاضر، نانوپوشش‌ها به ساخت ساختمان‌هایی با دوام بیشتر و عملکرد بهتر از نظر بازده انرژی و ایمنی کمک می‌کنند. نانوپوشش‌ها همچنین در ساختمان‌ها ویژگی‌های جدیدی از جمله، مقاومت در برابر گرما، محفاظت در برابر خزه‌ها و جلبک‌ها، خودتمیزشوندگی پنجره‌ها، ویژگی‌های فیزیکی پیشرفته و موارد دیگر را ایجاد می‌کنند.
نانوپوشش‌ها با افزودن نانوذرات به مواد پوشش‌دهنده ایجاد می‌شوند. نانوذرات به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی که آنها را از نمونه‌های مواد بالک خود متمایز می‌سازد، در حال حاضر سر و صدای بسیاری در کل جامعه علمی ایجاد کرده‌اند. در مقیاس نانو، رفتار عناصر دست‌خوش تغییر و تحول عمیقی می‌شود و چگونگی رفتار آنها به عنوان یک نانوذره، اغلب منجر به توسعه کاربردهای جدید می‌شود. نانوپوشش‌ها لایه‌های نازکی هستند که نانوذرات به آنها اضافه‌شده تا عملکردهای خاصی را در آنها ایجاد نمایند. می‌توان آنها را به مصالح ساختمانی مثل بتن، فولاد، شیشه، سنگ مرمر و ... افزود تا این خواص جدید در آنها ایجاد شود.
آنچه که احتمالاً در استفاده از آنها در مصالح ساختمانی بسیار تأثیرگذار است، این است که نانوپوشش‌ها می‌توانند خودسامان (self-assemble.) باشند. این همان ویژگی است که آنها را نسبت به سایرین برجسته می‌کند. تا کنون، پوشش‌های زیر برای استفاده در مصالح ساختمانی کاملاً ثابت شده‌اند؛ نانو پوشش‌های خودتمیزشونده، نانوپوشش‌های فوق آب‌دوست و آب‌گریز، نانوپوشش‌های محافظ UV، نانوپوشش‌های فوتوکاتالیستی، نانوپوشش‌های نوشتار ناپذیر (anti-graffiti)، نانوپوشش‌های الکتروکرومیک و فتوکرومیک، نانوپوشش‌های پنجره هوشمند و نانوپوشش‌های ضد انعکاس.
در زیر عملکردهای اصلی نانوپوشش‌ها در مصالح ساختمانی مطرح می‌شود.
محافظت از ساختمان‌ها در برابر آتش
سال ۲۰۱۵ نانوپوششی بر پایه پلی‌دوپامین (PDA) ایجاد شد که دوستدار محیط‌زیست و به طور مؤثر بازدارنده شعله بود و می‌توانست از مصالح ساختمانی رایج مانند پلی‌اورتان (PU) محافظت نماید. محققان با ایجاد تیمی در دانشگاه تگزاس، از ماده‌ای که به طور طبیعی در صدف‌ها وجود دارد، الهام گرفتند. از جمله مزایای نانوپوششی که آنها ایجاد کردند، غیر سمی بودن آن برای محیط‌زیست است، که در پوشش‌های بازدارنده شعله متداول یک اشکال عمده محسوب می‌شود.
مواد مشابه دیگری نیز توسعه یافته‌اند که نانوذرات را برای استفاده در مصالح ساختمانی مختلف در خود جای داده‌اند. گروهی از محصولات کاملاً شناخته شده برای محافظت از موادی مانند پارچه، فوم‌ها و پلیمرهای بالک که عموماً در ساخت‌وساز مورد استفاده قرار می‌گیرند، وجود دارد.
ساختمان‌های خودتمیزشونده
برخی از نانوذراتی که دارای خواص آب‌دوستی هستند، امکان توسعه پوشش‌هایی را فراهم می‌کنند که می‌توانند آب را از سطحی که اعمال شده‌اند جذب کرده و به شستن کثیفی و لکه کمک نمایند و باعث ایجاد ساختمان‌هایی با پنجره‌های خودتمیزشونده شوند. نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم معمولاً در این پوشش‌ها به کار می‌روند؛ زیرا آنها به دلیل خاصیت آب‌دوست بودن شناخته‌شده هستند. این پوشش‌ها همچنین حاوی نانوذرات دیگری هستند که خواص فوتوکاتالیستی دارند، به طوری که وقتی نور خورشید به سطح برخورد می‌کند، اثر اکسیداسیون ایجاد می‌کند، لکه آلی را می‌شکند و سپس با آب باران شسته می‌شود.
افزایش طول عمر ساختمان
نانوذراتی از جمله آلومینیوم اکسید، سیلیسیم دی‌اکسید، تیتانیوم اکسید و زیرکونیوم اکسید برای ایجاد نانوپوشش‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، این مواد خواص فیزیکی مصالح ساختمانی را افزایش می‌دهند و آنها را قادر می‌سازند تا در برابر آسیب و سایش مقاوم باشند و در نتیجه باعث افزایش طول عمر ساختمان می‌شوند.
بهبود بازده انرژی
آمار نشان می‌دهد که تقریباً نیمی از مصرف انرژی در ایالات‌متحده به گرمایش، روشنایی و تهویه مطبوع ساختمان‌های تجاری و مسکونی اختصاص دارد. با توجه به فشار جهانی برای کاهش مصرف انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای، نوآوری‌هایی که باعث شوند ساختمان‌ها از نظر انرژی بازده بیشتری داشته باشند، مورد استقبال قرار می‌گیرند. نانوپوشش‌ها نقش مهمی در این زمینه بازی می‌کنند. کاربردهای متعددی از نانوذرات توسعه‌یافته است؛ از کاهش اتلاف گرما از طریق دیوارها تا نانوپوشش‌هایی که برای ایجاد پنجره‌های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای ایجاد این پنجره‌های هوشمند، یک نانوپوشش خوداصلاح‌شونده (self-modifying) ایجاد شده‌است که در هنگام سرما، گرمای بیشتری را به شما می‌دهد و هنگامی که هوا گرم است از ورود نور خورشید به داخل جلوگیری می‌کند.