کاربرد نانو در زلزله
فناوری نانو در دو راستای مختلف می‌تواند از مخاطرات زمین‌لرزه بكاهد. كنترل سازه‌ها،جلوگیری از حركت گسلها.
[h=2]کاربرد فناوری نانو در کنترل زلزله همان طور که می دانیم حركات ناگهانی گسلهاست، كه باعث وقوع زمین‌لرزه‌های هولناك می‌شود و حركات آهسته و مداوم تنها باعث حركات جزئی شده و زلزله ای ایجاد نمی‌كند.تحقیقات نشان داده که نانوذرات قابلیت از بین بردن یا کم‌کردن اثر گسل‌های فعال زمین لرزه‌ای را دارند. تحقیقاتی که در برخی از کشورهای دنیا آغاز شده نشان می‌دهد ذراتی که درحالت پودرهای نانویی در زمان سایش دو گسل پراکنده میشوند، می‌توانند به‌عنوان روغن بین دو گسل عمل کنند. زمانی که دو گسل در کنار هم حرکت می‌کنند پودرهایی در مقیاس نانو از آنها ساطع می‌شود که به اعتقاد دانشمندان و محققان علوم زمین می‌تواند گسلها را صیقل‌کاری کند و از اصطکاک آنها بکاهد؛ این فرضیه‌ای است که بین محققان مطرح شده و درحال بررسی است. محققان معتقدند که اگر این پودرهای نانویی را به گسل‌های زلزله‌خیز و فعال تزریق کنیم می‌توان تا حد زیادی فعالیت گسل‌های فعال را کاهش داد.
[h=2] فناوری نانو وامکان پیش بینی زلزله استفاده از نانو حسگرها و تاکید بر ساخت اینگونه ابزار باید مورد توجه زلزله شناسان قرار گیرد بسیاری از اطلاعاتی كه از زلزله‌های بسیار كوچك ثبت می شوند ، مورد توجه قرار نمی گیرند و هنگام ثبت زمین لرزه ها عمدتا به رخدادهایی كه از اندازه ای مشخص بزرگتر باشند، توجه می شود.اساس این طرح با طراحی حسگر های ویژه ای ارتعاشات زمین در مقیاس های بسیار كوچك اندازه گیری شده و از این اطلاعات برای طراحی مدل هایی برای بررسی رفتار زمین و پیش بینی زمین لرزه های بزرگتر احتمالی استفاده می شود. ایده این طرح این است كه اطلاعات زلزله های بسیار كوچك مورد توجه قرار بگیرد كه شرط آن نیز در دسترس بودن نانو حسگرها است كه بتوانند این زمین لرزه های خفیف را ثبت كنند. اگر اطلاعات این زلزله‌ها را به طور مستمر و پیوسته ثبت و بررسی كنیم می توانیم تغییرات رفتار زمین را با توجه به داده های اطلاعات این نانو زمین لرزه ها قبل از رخداد زلزله‌های كوچك شناسایی كرده و با الگوبرداری از آن به مدلی برای پیش یابی زلزله دست یابیم.این روش مستلزم استفاده از نانو حسگرهای فوق‌العاده دقیقی است كه بتوانند لرزش‌های خفیف زمین لرزه ها ی کوچک را ثبت كنند.
[h=2]
کاربرد نانو در مقاوم‌سازی و كاهش خسارات زلزله علیرغم بروز حوادث و فجایع زلزله كه مساله زلزله را در جهان به یكی از چالش‌های اصلی تبدیل كرده است، مقابله با این پدیده تنها با به كارگیری یك روش یا تكنولوژی خاص نمی‌تواند كارساز واقع شود.
كاربردهایی كه در زیر مطرح میشوند مواردی هستند كه می‌توانند در مقاوم‌سازی و كاهش خسارات زلزله موثر باشند. ضوابط لرزه ای آئین نامه ها آنقدر سریع در حال تكامل است كه بسیاری از ساختمان ها كه تنها چند سال قبل بر اساس ضوابط لرزه ای آئین نامه ای طراحی گردیده اند، اكنون به لحاظ رفتار لرزه ای، می توانند خطرناك تلقی گردند كه این امر اهمیت بحث مقاوم سازی را آشكار می سازد.
[h=2]بهبود مقاومت بتن با كاربرد نانوذرات در آن با بكارگیری از نوع مصالحی که به عنوان مثال نانوذراتی مانند نانوذرات سیلیكا و نانوذرات آهن در مصالح ساختمان‌ها می‌توان بر یكپارچگی و مقاومت آنها در مقابل زلزله افزود.
استفاده از نانوذرات در ساختن بتن بهترین گزینه می‌باشد. زیراكه این نانو ذرات با پر كردن میكرو و نانو حفره‌های داخل بتن و محكم كردن مصالح، مانع از خراب شدن آنها هنگام وارد آمدن نیروی‌های شدید می‌شود. این نانو ذرات علاوه بر محكم كردن بتن‌ها، باعث انعطاف‌پذیری آنها شده و درنتیجه هنگام حركات شدید، سازه‌ها تنها مقداری كمی حركت می‌كنند و با اینكار از نیروی وارد شده به سازه تا حدود زیادی تعدیل می‌شود.
یکی از چالش هایی که در رشته مصالح ساختمانی به وجود آمده است بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد مثلاً بتن مقاوم و با دوام یک مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد.
خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ذره ی زمینه ای بتن و سیمانی داردکه چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد. بنابراین مطالعات ساختار بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد.
به هر حال روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامتر های مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد. تا اندازه بسیار زیادی، این روش کار اغلب توسط روابط داخلی صنعت ساختمان می باشد که دلیل کندی پیشرفت در صنعت ساختمان عدم درک عمیق از مفهوم مصالح ساختمانی می باشد. در گسترده جدید علم و فناوری نانو دیگر این قبیل فعالیت ها بی معنی بوده و نیاز به شناخت و مطالعه دقیق از مصالح ساختمانی دارد و این فعالیت باید به روش علمی جهت یافتن مصالح نسل جدید و با عملکرد بالا ونیز اقتصادی کردن آنها دنبال گردد. در مثال های عملی و به طور مشخص در بتن ، این تحقیقات تنها زمانی می تواند به جامعه عمل بپیوندد که درک مناسب از مفهوم ریز ساختار سیمان در مقیاس نانو و دیگر ساختار ها وجود داشته باشد .
هدف اصلی و نهایی ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد که آنرا می توان به مصالح با عملکرد بالای چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربرد های گوناگونی را ارائه نمایند.
[h=2]ساختمان‌های سبك و مقاوم در مقابل كشش با كاربرد نانولوله‌های کربنی كربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند كه آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبك می‌كند بطوریكه می‌توانند خمیدگی و كشش را بدون شكستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف كربن خواهند شد كه در كامپوزیت‌ها به كار برده میشوند.
نانو لوله‌های كربنی از مقاوم‌ترین مواد شناخته شده در دنیا به حساب می‌آیند .نانولوله‌های كربنی دارای دانسیته بسیار كم نسبت به فولاد و آلومینیوم می‌باشد.
مقاومت كششی و فشاری نانولوله‌های كربنی نیز نسبت به سایر مواد ساختمانی بسیار بالا می‌باشد. همان گونه كه در قسمت قبل مطرح شد معمولاً الیاف برای مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانیكی بتن بكار برده میشوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، كربن و غیره در بتن برای مسلح كردن استفاده می‌شود و لیكن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله كربنی (Carbon Nano tubes) انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح كردن بوسیله نانو لوله‌ها استفاده كرد.
[h=2]سازه‌های خودتعمیر با به‌كارگیری پلیمرهای نانوساختاری تحقیقات در زمینه پلیمرهای ساختاری از ساخت گاردریل‌هایی خبر می‌دهد كه خود قادر به تعمیر قسمت‌های آسیب‌دیده خود هستند. نتایج این تحقیقات حاكی از آن است كه حتی آسفالت‌ها و سازه‌های بتنی كه در آزمایشگاه ساخته میشوند دارای چنین خاصیتی هستند و می‌توانند خرابی‌های خود را تعمیر كنند. این مورد در موقع وقوع زلزله نیز می‌تواند مورد توجه قرار گیرد چرا كه در صورت علمی شدن استفاده از اینگونه مصالح ساختمانی سازه‌ها قادر خواهند بود صدمات وارده به خود به‌خصوص در موارد خسارت‌هایی جزیی را بهبود بخشند.
زمین لرزه ها قبل از وقوع ، علائم مختلفی را از خود بروز می دهند که با اندازه گیری آنها می توان زلزله را پیش بینی نمود، هرچه به وقوع زمین لرزه ها نزدیک تر می شویم این علائم بزرگتر می شوند برای همین است که برخی از حیوانات قادرند چند ثانیه قبل از وقوع زلزله عکس العمل نشان میدهند.استفاده از فناوری نانو مو ضوعی است که مورد توجه زلزله شناسان قرار گرفته است تابه بسیاری از اطلاعاتی كه از زلزله‌های بسیار كوچك قبل از به وقوع پیوستن زلزله‌های بزرگ ثبت می شوند،دست یافت.
فناوری نانو در دو راستای مختلف می‌تواند از مخاطرات زمین‌لرزه بكاهد. كنترل سازه‌ها،جلوگیری از حركت گسلها.
[h=2]کاربرد فناوری نانو در کنترل زلزله همان طور که می دانیم حركات ناگهانی گسلهاست، كه باعث وقوع زمین‌لرزه‌های هولناك می‌شود و حركات آهسته و مداوم تنها باعث حركات جزئی شده و زلزله ای ایجاد نمی‌كند.تحقیقات نشان داده که نانوذرات قابلیت از بین بردن یا کم‌کردن اثر گسل‌های فعال زمین لرزه‌ای را دارند. تحقیقاتی که در برخی از کشورهای دنیا آغاز شده نشان می‌دهد ذراتی که درحالت پودرهای نانویی در زمان سایش دو گسل پراکنده میشوند، می‌توانند به‌عنوان روغن بین دو گسل عمل کنند. زمانی که دو گسل در کنار هم حرکت می‌کنند پودرهایی در مقیاس نانو از آنها ساطع می‌شود که به اعتقاد دانشمندان و محققان علوم زمین می‌تواند گسلها را صیقل‌کاری کند و از اصطکاک آنها بکاهد؛ این فرضیه‌ای است که بین محققان مطرح شده و درحال بررسی است. محققان معتقدند که اگر این پودرهای نانویی را به گسل‌های زلزله‌خیز و فعال تزریق کنیم می‌توان تا حد زیادی فعالیت گسل‌های فعال را کاهش داد.
[h=2] فناوری نانو وامکان پیش بینی زلزله استفاده از نانو حسگرها و تاکید بر ساخت اینگونه ابزار باید مورد توجه زلزله شناسان قرار گیرد بسیاری از اطلاعاتی كه از زلزله‌های بسیار كوچك ثبت می شوند ، مورد توجه قرار نمی گیرند و هنگام ثبت زمین لرزه ها عمدتا به رخدادهایی كه از اندازه ای مشخص بزرگتر باشند، توجه می شود.اساس این طرح با طراحی حسگر های ویژه ای ارتعاشات زمین در مقیاس های بسیار كوچك اندازه گیری شده و از این اطلاعات برای طراحی مدل هایی برای بررسی رفتار زمین و پیش بینی زمین لرزه های بزرگتر احتمالی استفاده می شود. ایده این طرح این است كه اطلاعات زلزله های بسیار كوچك مورد توجه قرار بگیرد كه شرط آن نیز در دسترس بودن نانو حسگرها است كه بتوانند این زمین لرزه های خفیف را ثبت كنند. اگر اطلاعات این زلزله‌ها را به طور مستمر و پیوسته ثبت و بررسی كنیم می توانیم تغییرات رفتار زمین را با توجه به داده های اطلاعات این نانو زمین لرزه ها قبل از رخداد زلزله‌های كوچك شناسایی كرده و با الگوبرداری از آن به مدلی برای پیش یابی زلزله دست یابیم.این روش مستلزم استفاده از نانو حسگرهای فوق‌العاده دقیقی است كه بتوانند لرزش‌های خفیف زمین لرزه ها ی کوچک را ثبت كنند.
[h=2]
کاربرد نانو در مقاوم‌سازی و كاهش خسارات زلزله علیرغم بروز حوادث و فجایع زلزله كه مساله زلزله را در جهان به یكی از چالش‌های اصلی تبدیل كرده است، مقابله با این پدیده تنها با به كارگیری یك روش یا تكنولوژی خاص نمی‌تواند كارساز واقع شود.
كاربردهایی كه در زیر مطرح میشوند مواردی هستند كه می‌توانند در مقاوم‌سازی و كاهش خسارات زلزله موثر باشند. ضوابط لرزه ای آئین نامه ها آنقدر سریع در حال تكامل است كه بسیاری از ساختمان ها كه تنها چند سال قبل بر اساس ضوابط لرزه ای آئین نامه ای طراحی گردیده اند، اكنون به لحاظ رفتار لرزه ای، می توانند خطرناك تلقی گردند كه این امر اهمیت بحث مقاوم سازی را آشكار می سازد.
فناوری نانو در دو راستای مختلف می‌تواند از مخاطرات زمین‌لرزه بكاهد. كنترل سازه‌ها،جلوگیری از حركت گسلها
[h=2]بهبود مقاومت بتن با كاربرد نانوذرات در آن با بكارگیری از نوع مصالحی که به عنوان مثال نانوذراتی مانند نانوذرات سیلیكا و نانوذرات آهن در مصالح ساختمان‌ها می‌توان بر یكپارچگی و مقاومت آنها در مقابل زلزله افزود.
استفاده از نانوذرات در ساختن بتن بهترین گزینه می‌باشد. زیراكه این نانو ذرات با پر كردن میكرو و نانو حفره‌های داخل بتن و محكم كردن مصالح، مانع از خراب شدن آنها هنگام وارد آمدن نیروی‌های شدید می‌شود. این نانو ذرات علاوه بر محكم كردن بتن‌ها، باعث انعطاف‌پذیری آنها شده و درنتیجه هنگام حركات شدید، سازه‌ها تنها مقداری كمی حركت می‌كنند و با اینكار از نیروی وارد شده به سازه تا حدود زیادی تعدیل می‌شود.
یکی از چالش هایی که در رشته مصالح ساختمانی به وجود آمده است بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد مثلاً بتن مقاوم و با دوام یک مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد.
خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ذره ی زمینه ای بتن و سیمانی داردکه چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد. بنابراین مطالعات ساختار بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد.
به هر حال روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامتر های مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می باشد. تا اندازه بسیار زیادی، این روش کار اغلب توسط روابط داخلی صنعت ساختمان می باشد که دلیل کندی پیشرفت در صنعت ساختمان عدم درک عمیق از مفهوم مصالح ساختمانی می باشد. در گسترده جدید علم و فناوری نانو دیگر این قبیل فعالیت ها بی معنی بوده و نیاز به شناخت و مطالعه دقیق از مصالح ساختمانی دارد و این فعالیت باید به روش علمی جهت یافتن مصالح نسل جدید و با عملکرد بالا ونیز اقتصادی کردن آنها دنبال گردد. در مثال های عملی و به طور مشخص در بتن ، این تحقیقات تنها زمانی می تواند به جامعه عمل بپیوندد که درک مناسب از مفهوم ریز ساختار سیمان در مقیاس نانو و دیگر ساختار ها وجود داشته باشد .
هدف اصلی و نهایی ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد که آنرا می توان به مصالح با عملکرد بالای چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربرد های گوناگونی را ارائه نمایند.
[h=2]ساختمان‌های سبك و مقاوم در مقابل كشش با كاربرد نانولوله‌های کربنی كربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند كه آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبك می‌كند بطوریكه می‌توانند خمیدگی و كشش را بدون شكستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف كربن خواهند شد كه در كامپوزیت‌ها به كار برده میشوند.
نانو لوله‌های كربنی از مقاوم‌ترین مواد شناخته شده در دنیا به حساب می‌آیند .نانولوله‌های كربنی دارای دانسیته بسیار كم نسبت به فولاد و آلومینیوم می‌باشد.
مقاومت كششی و فشاری نانولوله‌های كربنی نیز نسبت به سایر مواد ساختمانی بسیار بالا می‌باشد. همان گونه كه در قسمت قبل مطرح شد معمولاً الیاف برای مسلح كردن و اصلاح عملكرد مكانیكی بتن بكار برده میشوند . امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، كربن و غیره در بتن برای مسلح كردن استفاده می‌شود و لیكن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله كربنی (Carbon Nano tubes) انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح كردن بوسیله نانو لوله‌ها استفاده كرد.
[h=2]سازه‌های خودتعمیر با به‌كارگیری پلیمرهای نانوساختاری تحقیقات در زمینه پلیمرهای ساختاری از ساخت گاردریل‌هایی خبر می‌دهد كه خود قادر به تعمیر قسمت‌های آسیب‌دیده خود هستند. نتایج این تحقیقات حاكی از آن است كه حتی آسفالت‌ها و سازه‌های بتنی كه در آزمایشگاه ساخته میشوند دارای چنین خاصیتی هستند و می‌توانند خرابی‌های خود را تعمیر كنند. این مورد در موقع وقوع زلزله نیز می‌تواند مورد توجه قرار گیرد چرا كه در صورت علمی شدن استفاده از اینگونه مصالح ساختمانی سازه‌ها قادر خواهند بود صدمات وارده به خود به‌خصوص در موارد خسارت‌هایی جزیی را بهبود بخشند.
فرآوری: مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
بخش دانش و زندگی تبیان