نینواسکیل مواد کی غیر معمولی کیمیائی اور جسمانی صفات مختلف قسم کے استعمال کے لیے دلچسپ امکانات پیش کرتی ہیں، بشمول ساختی سالمیت کو تقویت دینا، توانائی کا تحفظ، اینٹی مائیکروبیل افادیت اور خود کو صاف کرنے والی سطحیں۔ نتیجے کے طور پر، تعمیرات اور متعلقہ انفرااسٹرکچر میں انجینئرڈ نینو میٹریلز اور نینوکمپوزیٹس زبردست اختیارات کے طور پر سامنے آئے ہیں۔
جدید ترین نینو میٹریلز جیسے کاربن نینوٹیوبز، گرافین اور دھاتی آکسائیڈز نے جدید تعمیراتی مواد کے حصول میں محققین کی دلچسپی کو موہ لیا ہے۔ زیرِنظر مضمون نینو میٹریل کے استعمال میں پیشرفت، روایتی تعمیراتی مواد کو بڑھانے، اور ممکنہ نقصان دہ حیاتیاتی اور زہریلے اثرات کا خاکہ پیش کرتا ہے جبکہ روک تھام کے لیے حکمت عملیوں کی بھی تلاش کرتا ہے۔
نینو میٹریل کیا ہیں؟
نینو میٹریل کو ان کی جہتی خصوصیات کی بنیاد پر چار گروپوں میں درجہ بند کیا گیا ہے: صفر جہتی (0D)، ایک جہتی (1D)، دو جہتی (2D)، اور تین جہتی (3D)۔ نینو پارٹیکلز 0D نینو میٹریلز کی ترجمانی کرتے ہیں، جہاں تمام جہتیں نینواسکیل (0.1اور 100 nm کے درمیان کی پیمائش) کے اندر آتی ہیں۔ 1D نینو میٹریلز جیسے نینوٹیوبز، نینوراڈز اور نینووائرز، نینواسکیل سے باہر 1D رکھتے ہیں۔ 2D نینو میٹریل پلیٹ نما شکل دکھاتے ہیں اور اس میں نینو فلمز، نینولیئرز اور نینو کوٹنگز شامل ہیں۔ 3D نینو میٹریلز یا بَلک نینو میٹریلز 100 nm سے زیادہ تین جہتوں کے مالک ہوتے ہیں اور ان میں نینو پارٹیکل ڈسپرشنز، نینووائر بنڈلز اور ملٹی نینولیئرز شامل ہو سکتے ہیں۔
نینو میٹریلز کی تشکیل میں دو بنیادی نقطہ نظر شامل ہیں، ’ٹاپ ڈاؤن‘ اور ’بوٹم اَپ‘۔ پہلے نقطہ نظر میں، بڑے مواد کو چھوٹے ٹکڑوں میں تقسیم کرنے کے لیے بیرونی قوتوں کا استعمال کیا جاتا ہے جب تک کہ مطلوبہ نینو اسکیل سائز حاصل نہ ہو جائے۔ بوٹم اَپ میں انفرادی ایٹموں یا مالیکیولز کو کیمیکل ری ایکشنز یا سیلف اسمبلی پروسیس کے ذریعے مرکب کرنا شامل ہے تاکہ حتمی نینو اسٹرکچر بنایا جا سکے۔
تعمیراتی صنعت میں مواد کو مضبوط بنانے، فنکشنل پینٹس اور کوٹنگز تیار کرنے، اور غیر معمولی ساختی خصوصیات کے ساتھ ہائی ریزولوشن سینسنگ اور ایکٹیوٹنگ ڈیوائسز کو ڈیزائن کرنے کے لیے مختلف نینو میٹریلز کو شامل کیا جاسکتا ہے۔
کاربن نینو میٹریلز
تعمیراتی صنعت میں کاربن پر مبنی نینو میٹریلز کے استعمال نے محققین کی طرف سے خاصی توجہ حاصل کی ہے۔ کاربن ایک وافر عنصر ہے اور نامیاتی مواد کاربن ایٹموں کی زنجیروں سے بنائے جاتے ہیں جو کویلینٹ بانڈز سے جڑے ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں کاربن ایٹموں کی ایک ہی تعداد کے ساتھ سینکڑوں کیمیائی مرکبات بنتے ہیں۔ کاربن پر مبنی نینو میٹریلز کو غیر نامیاتی دھاتوں کے مقابلے میں کم زہریلا سمجھا جاتا ہے، جو انہیں تعمیر میں استعمال کے لیے پرکشش بناتا ہے۔
کاربن نینوٹیوبز (CNTs)دو جہتی نینو میٹریلز ہیں جو دلچسپ اور مفید خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں۔ اس کی دو قسمیں ہیں: سنگل وال CNT اور ملٹی وال CNT۔ CNTs بہترین میکینکل خصوصیات کے مالک ہیں، جو انہیں سیمنٹ پر مبنی مواد کے حجم کے استحکام کو بہتر بنانے کے لیے موزوں بناتے ہیں۔ CNTs پولیمرک کیمیائی مرکب کے طور پر کام کرتے ہیں، کنکریٹ کے مکسچر کے میکانکی استحکام کو بڑھاتے اور شگاف کے پھیلاؤ کو روکتے ہیں۔
غیر آرائشی سیرامکس میں کریک برِجنگ ایجنٹ کے طور پر CNTs کا استعمال ان کی میکانکی طاقت اور تھرمل خصوصیات کو بہتر بناتا جبکہ ان کی نزاکت کو کم کرتا ہے۔ CNTs کو تعمیراتی ڈھانچے میں لگائے گئے آلات میں بھی شامل کیا جاتا ہے تاکہ مادی نقصان، اور صحت اور ماحولیاتی حالات کی حقیقی وقت میں نگرانی کی جا سکے۔
سیمنٹ کی خصوصیات رکھنےوالے مواد میں CNT کی تھوڑی سی مقدار کے اضافے سے ان کی میکانکی خصوصیات میں نمایاں بہتری آتی ہے۔ اسی طرح کے نتائج سیمنٹ میں CNT یا ٹنگسٹن ڈائی سلفائیڈ نینوٹیوبز کے اضافے کے ساتھ دیکھے گئے۔ تاہم، میٹرکس میں مجموعی طور پر تیار شدہ نینوٹیوبز کے مؤثر طور پر بکھرنے کا عمل ایک بڑا چیلنج ہے۔ سونیکیشن یا ڈسپرسنٹ (سرفیکٹینٹس)، سیمنٹ پیسٹ میٹرکس میں انفرادی نینوٹیوبز کے انضمام کو آسان بنا سکتے ہیں۔
گرافین کاربن ایٹموں کا ایک فلیٹ مونولیئر ہے جو 2Dشہد کے چھتے کی جالی میں مضبوطی سے پیک کیا جاتا ہے۔ اس مواد کو اپنی منفرد خصوصیات کی وجہ سے بہت زیادہ توجہ حاصل ہوئی ہے، جیسے کہ اونچی سطح کا رقبہ، اعلیٰ میکینکل طاقت، آسان استعمال، بہترین کنڈکٹویٹی، اور ممکنہ طور پر بڑے پیمانے پر پیداوار۔ مضبوط آکسیڈائزنگ ایجنٹوں کا استعمال کرتے ہوئے گریفائٹ کو آکسیڈائز کرنے سے، آکسیجن والی خصوصیات کو گریفائٹ کے ڈھانچے میں متعارف کرایا جاتا ہے، جو اسے پانی میں منتشر کرنے کے قابل بناتا ہے۔
یہ خاصیت گریفائٹ آکسائیڈ کو سونیکیشن کا استعمال کرتے ہوئے پانی میں نکالنے کی اجازت دیتی ہے، جو بالآخر سنگل یا چند پرتوں والا گرافین تیار کرتا ہے، جسے گرافین آکسائیڈ (GO) کہا جاتا ہے۔ CNT کے مقابلے میں گرافین آکسائیڈ اعتدال پسند سونیکیشن کا استعمال کرتے ہوئے پانی میں آسانی سے منتشر ہوتا ہے، بہت کم ٹکرانے کی حد کو ظاہر کرتا اور مطلوبہ اضافے کی سطح کو نمایاں طور پر محدود کرتا ہے۔
میٹل آکسائیڈ نینو میٹریلز
نینو میٹریلز میں میٹل آکسائڈ نینو پارٹیکلز ایک مقبول انتخاب ہیں اور خاص طور پر تعمیراتی صنعت میں مفید ہیں۔ کنکریٹ کے ڈھانچے کو ڈی آئیسرز کے ذریعے کمزور کیا جا سکتا ہے، جو سیمنٹ ہائیڈریشن کے دوران پیدا ہونے والے مائیکرو پورس کے ذریعے گھس سکتے ہیں۔ خوش قسمتی سے، فلرز جیسے سیلیکا (SiO2) اور آئرن آکسائیڈ (Fe2O3) کو کنکریٹ کو مضبوط بنانے اور سوراخوں کو پیک کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے کمزور ہونے سے بچایا جا سکتا ہے۔
ان نینو پارٹیکلز کو فلائی ایش میں سیمنٹ کے متبادل کے طور پر شامل کرنا بھی کنکریٹ کی میکانکی خصوصیات کو بہتر بنا سکتا ہے۔ میٹل آکسائڈ نینو پارٹیکلز کا ونڈو کوٹنگز میں بھی دلچسپ استعمال ہوتا ہے۔ سیلیکا نینو پارٹیکلز کو بیرونی روشنی کو کنٹرول کرنے اور توانائی کو بچانے کے لیے اینٹی ریفلیکٹیو کوٹنگز کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔