Verändert die Nanotechnologie das Gesicht der Baubranche?

Was kommt Ihnen in den Sinn, wenn Sie das Wort „Nanotechnologie“ hören? Winzige Roboter , die wie Käfer aussehen? Eine Welt voller grauer Schmiere ? Futuristische Visionen von mikroskopisch kleinen Kreationen , die durch Ihren Blutkreislauf schwimmen, um nach Infektionen zu suchen? Während die meisten von uns von der kleinen Wissenschaft der Nanotechnologie gehört haben, ist nicht immer klar, worum es bei all diesen Kleinigkeiten geht.

Das erste Verwirrende an der Nanotechnologie ist, dass es sich nicht um eine bestimmte Schule der Wissenschaft handelt. Es bezieht sich auf jede der Wissenschaften, wenn sie in einem bestimmten Maßstab durchgeführt wird. In der Praxis bezeichnet die Vorsilbe „Nano“ eine Größe von Materialien, bei der reguläre physikalische Gesetzmäßigkeiten zusammenbrechen und Quanteneffekte (oder Nanoeffekte) eingreifen: Die Schwerkraft ist weniger wichtig, und elektromagnetische Energie wirkt anders.

Wenn das verrückt klingt, stellen Sie sich das so vor: Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter, und die Auswirkungen von Schwerkraft und Elektromagnetismus werden relativ unbedeutend, wenn es um etwas geht, das kleiner als hundert Nanometer ist. In dieser Größenordnung sind die Unterschiede zu der Welt, die wir kennen, so drastisch, dass sie fast unvorstellbar sind.

Die Nanotechnologie wird jetzt auf Baumaterialien angewendet. Es ist eine relativ neue Wissenschaft, die sich jedoch bereits auf die Herstellung von Baumaterialien auswirkt, mit denen Sie vertraut sind: Glas, Stahl, Beton, Beschichtungen und sogar Holz. Das Mischen von Nanotech-Partikeln mit diesen Materialien erzeugt eine Reihe von vorteilhaften Effekten.

Von der Herstellung von feuerfestem Beton und Glas über die Festigkeit von Holz und Stahl bei viel geringerer Dichte bis hin zur Selbstreinigung unseres Glases und Zements hilft uns die Nanotechnologie, eine sicherere, sauberere und effizientere Welt aufzubauen.

1. Die Baustoffe der Nanotechnologie
2. Noch intelligentere Nanopartikel
3. Die Zukunft der Nanotechnologie und des Bauwesens
4. Anmerkung des Verfassers

Als konkretes Beispiel (verzeihen Sie das Wortspiel) der Nanotechnologie bei der Arbeit nehmen Sie Titandioxid (TiO2). Es ist ein weißes Pigment, das seit langem in Beton- und Glasbeschichtungen für eine Vielzahl von Zwecken verwendet wird, was seine Verwendung als Nanotechnologie qualifiziert. TiO2 absorbiert UV-Strahlen und hält den Beton sauber und weiß. TiO2 korraliert und zersetzt auch Feinstaub in der Luft – einschließlich Partikeln, die die Umweltverschmutzung ausmachen –, so dass das Einmischen in den Asphalt bedeutet, dass die Straße selbst dazu beiträgt, die Umwelt zu reinigen. TiO2 wird auch in einer Vielzahl von Produkten für den Hausbau verwendet, um durch den Verzehr von Bakterien die Dinge steril zu halten. Durch einen Nanoeffekt, bei dem die Absorption von UV-Licht das Glas für Wasser attraktiv macht , kann es sogar zur Herstellung von beschlagfreiem und selbstreinigendem Glas verwendet werden: Feuchtigkeit sammelt sich, bildet sich und gleitet ab, entfernt Schmutz und hinterlässt eine starke, saubere Oberfläche.

Andere Arten von Nanopartikeln – das sind Partikel, die wir mit anderen Materialien mischen oder alleine verwenden und die dadurch definiert sind, dass sie in mindestens einer Dimension kleiner als 200 Nanometer sind – umfassen Kohlenstoffnanoröhren, die selbstorganisierende Strukturen sind, die verwenden die einzigartigen Kristallisationseigenschaften von Kohlenstoff, um unglaublich starke Materialien zu bilden. Kohlenstoffnanoröhren, die erstmals 1952 in Russland entdeckt und dann bis in die 1990er Jahre ignoriert wurden, haben ein Sechstel der Dichte von Stahl, können aber acht- bis hundertmal stärker sein [Quelle: Kurzweil].

Eine weitere Untergruppe von Nanopartikeln, sogenannte Quantenpunkte, kombiniert die winzige Quantenkraft der Nanotechnologie mit der Fähigkeit, Elektrizität zu leiten . Die unzähligen potenziellen Anwendungen für diese kleinen Kerlchen sind fast unvorstellbar, aber zu den ersten Anwendungen gehören "intelligente Zuschlagstoffe", eine Art Straßenbeton, der tatsächlich melden kann, wo er geschwächt oder gebrochen ist. Durch die Analyse des schwachen elektrischen Feldes einer Struktur – wie einer Straße – in die diese winzigen Kerlchen eingebettet sind, können Sie ihren Status ablesen; es ist dem Bildschirm eines altmodischen Taschenrechners nicht unähnlich. Da sich Nanopartikel aufgrund ihrer chemischen und thermodynamischen Eigenschaften auf natürliche Weise aneinander ausrichten, können Wissenschaftler diese Eigenschaften manipulieren, um Straßen oder Gebäude aus intelligenten Aggregaten zu schaffen, die sich tatsächlich selbst reparieren können.

Oder es gibt Nanosilika, ein künstliches Silikat (SiO2, ein klassisches Baumaterial), das, wenn es in Beton gemischt wird, die Quantenanziehung zwischen seinen Partikeln nutzt, um die Festigkeit um das Drei- bis Sechsfache zu erhöhen, ohne die Betondichte zu erhöhen. Es ist wie ein Netz aus Quantenenergie, das alles zusammenhält. SiO2 ist auch eine nützliche Zutat oder Beschichtung für Glas oder Beton, die feuerfest gemacht werden müssen – wenn es erhitzt wird, richtet es seine Partikel in einer viel starreren, feuerhemmenden Struktur neu aus.

Da sich viele Nanotech -Partikel auf natürliche Weise so ausrichten, als würden sie sich selbst zusammensetzen, und da diese Partikel aus den gleichen Grundbestandteilen bestehen wie die Materialien, die sie aufpeppen, können diese scheinbar futuristischen Zusätze eine Menge davon entfernen Arbeits- und Umweltkosten bei der Herstellung von Industrieprodukten. Ein großer Teil der Umweltauswirkungen der Betonherstellung besteht beispielsweise darin, große Steine ​​für verschiedene Aufgaben in genau bemessene kleinere Größen zu hämmern. Aber wenn Sie mit winzigen Partikeln beginnen, die die Festigkeit erhöhen, ohne die Dichte zu erhöhen, verlieren Sie viel Energie und Zeitaufwand – was bedeutet, dass Betonfabriken eine intelligentere und sauberere Arbeit leisten können.

Und da viele dieser Materialien langlebiger sind, wenn sie einmal in der Welt sind – einige helfen sogar, Umweltschäden rückgängig zu machen – tragen sie auch nach dem Verkauf und der Verwendung in Bauprojekten zur Nachhaltigkeit bei. Da die Quanteneffekte vieler dieser Materialien untersucht und gut dokumentiert wurden und weil sie seit den 1990er Jahren sicher verwendet und verbessert wurden, sind Wissenschaftler in der Lage, die besten Verwendungen und Mischungen von Materialien, die mit Nanotechnologie manipuliert wurden, perfekter zu kalibrieren viel umweltintelligenterer Bauprozess.

Aber die Baubranche ist immerhin einer der ältesten Berufe und arbeitet regelmäßig erfolgreich mit den zeitlosesten Materialien – Stein und Holz. Weltweit beschäftigt sich nur sehr wenig in der Bauindustrie mit Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie. Schließlich wird überall gebaut, und sie leisten seit Beginn der menschlichen Zivilisation mit dem, was sie haben, gute Arbeit.

Wie bei jeder grünen oder branchenverändernden Entwicklung ist der Einsatz von Nanotechnologie ein langsames, aber stetiges Rennen. Aber der Wandel beschleunigt sich im Laufe der Zeit, und mit dem Trend zu billigeren und umweltfreundlicheren globalen Baustrategien stehen die Chancen gut, dass die Integration der Nanotechnologie in das Bauwesen innerhalb des nächsten Jahrzehnts erheblich zunehmen wird.

Wundern Sie sich in der Zwischenzeit nicht, wenn Sie bei Ihrem nächsten Besuch im Baumarkt einige dieser Anwendungen in Produkten sehen, die Sie bereits zu kennen glaubten. Die Zukunft kommt nicht in einer bunt beschrifteten Schachtel mit der Aufschrift THE FUTURE. Es taucht auf, nachdem es getestet, vermarktet, entworfen, umbenannt und so gemacht wurde, dass es wie die Welt aussieht, die wir bereits kennen – aber das macht es nicht weniger aufregend.

Als jemand mit einem langjährigen Interesse an umweltfreundlichem Bauen und moderner Architektur war ich von der Gelegenheit begeistert, mehr über diese besonderen Anwendungen der Nanotechnologie zu erfahren. Die Nanotechnologie bietet uns so viel, von der Biomedizin bis zum Transportwesen, dass eine Entwicklung in einem beliebigen Bereich einen Beitrag zur gesamten Wissenschaft leistet, was bedeutet, dass sie uns allen zugute kommt.

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Quellen