Proizvodi i sustavi novog doba

0

Suvremeni razvoj različitih industrijskih grana u posljednjem je desetljeću donio brojne nove materijale. Oni se upotrebljavaju na različitim područjima, između ostaloga i graditeljskom oblikovanju.

1 Uvod

Jedna od najnaprednijih skupina materijala, koja će u budućnosti imati velik utjecaj na graditeljsko planiranje, jest skupina pametnih materijala. Pametni materijali imaju specijalne karakteristike – na različite načine spoznaju događaje u okolini, procesiraju te senzorske informacije i na njih reagiraju [9]. Drugim riječima – pametni materijali primaju energiju iz okoliša i na nju reagiraju na dva načina. Jedan je da unesena energija može promijeniti molekularnu strukturu ili mikrostrukturu materijala, čime se mijenjaju i karakteristike materijala (tj. to su materijali koji mijenjaju karakteristike).

Drugi je način kad unesena energija promijeni energijsko stanje sastava materijala, a ne mijenja sam materijal, rezultat je pretvorba energije (tj. to su materijali koji pretvaraju energiju) [15]. Pametni materijali razlikuju se od tradicijskih po tome što je njihov odaziv na vanjsku okolinu brz, lako reagiraju na više različitih stanja okoliša, a njihova reakcija na unos vanjske energije unaprijed je određena. Pametni su materijali osnova za pametne proizvode koji predstavljaju veliki izazov za graditelje, što su dosada dokazala brojna graditeljska dostignuća.

2 Sistematizacija pametnih proizvoda

Pametne proizvode moguće je, s obzirom na uporabu u graditeljstvu, razvrstati u različite skupine. U nastavku opisujemo nekoliko skupina koje su u primjeni. 2.1 Polimerni premazi Pametna gradiva pojavljuju se u kombinaciji s različitim novodobnim polimerima. Poznati su različiti polimerni premazi i procesi nanosa takvih slojeva na različita gradiva. S prevlakama, bojama i premazima iz pametnih materijala jednostavnom se obradom površine osnovnom materijalu mogu promijeniti optičke karakteristike, toplinska izolacija i čak čvrstoća [11].

Proces tankoslojnih nanosa razvio se nanošenjem više tankih slojeva na osnovni materijal (kemijskim ili fizikalnim procesom). Klasične boje i obloge mnogo su deblje od mikroslojeva. Tankoslojni nanosi, npr. nanosi različitih oksida, pogodni su za različite podloge: staklo, metal, polimerne prevlake itd. Razvoj na području prevlaka teži uvijek tanjim i otpornijim prevlakama koje djeluju na različite načine. Među njima je mnogo kvalitetnih prevlaka s pametnim karakteristikama [1].

2.1.1 Prevlaka žarkih boja i zrcalna prevlaka

Prevlaka žarkih boja sastoji se od različitih slojeva prevlaka s različitim refleksijskim karakteristikama, iako je prozirna. Boja prevlake ovisi o kutu gledanja na površinu prevlake. Stoga jer je prevlaka sastavljena od više slojeva, različitim je kombinacijama moguće ostvariti različite tipove s različitim optičkim karakteristikama. Zrcalna prevlaka djeluje kao reflektirajuća prevlaka koja odbija 98 posto vidljive svjetlosti. Neprozirna zrcalna prevlaka sastavljena je od više polimernih prevlaka, svaka s vlastitim odbojnim karakteristikama i s polimernom površinom. Prevlaka se može izbočiti, rezati, može biti otporna na ultraljubičasto zračenje, lijepljena ili nanesena na druge površine. Nema metalnih dodataka (niti korozije) i termički je stabilna.

2.1.2 Prevlaka s usmjerenim pogledom

Ta se polimerna prevlaka naziva i prevlakom kontroliranja svjetlosti ili usmjerenom prevlakom. Prevlaka je reljefna (izbočena), s vrlo malim, specijalno oblikovanim utorima ili mikro – umecima. Kroz prevlaku se vidi samo u određenom smjeru, ovisno o usmjerenosti utora ili umetka. Ako se promjeni kut gledanja, prevlaka postaje manje prozirna.

2.1.3 Fotokromne prevlake

Fotokromni materijali mijenjaju boju kada su izloženi svjetlosti. Bezbojne fotokromne prevlake mogu se promijeniti u prozirne, čak obojene prevlake. One su u usporedbi sa staklom jeftinije, ali je njihovo djelovanje (promjena boja) sporije.

2.1.4 Termokromne prevlake

Termokromni materijali mijenjaju boju kada im se promijeni temperatura. Posebnim termokromnim prevlakama, koje djeluju na bazi tekućih kristala, moguće je kontrolirati reakcije pri temperaturnim promjenama.

2.1.5 Elektroluminiscentne prevlake

Elektroluminiscentni materijali predaju (emitiraju) svjetlost kada je fosfor, koji sadrže, električki nabijen. Tako se fosforocentni materijal može nanijeti na podlogu u obliku prevlake. Ta je tehnologija usmjerena k elementima s niskom potrošnjom energije. Posljedičnu mogućnost njihova daljnjeg razvoja su, odmah nakon otkrića, u cijelosti nadglasale LED tehnologije.

2.1.6 Fotonaponske prevlake

Cilj su tanke i fleksibilne sunčane ćelije koje bi se mogle nanositi na veće površine. Ako bi bile izrađene u različitim stupnjevima prozirnosti i različitim bojama, lako bi se mogle nanositi, na primjer, i na prozore. Problem je slaba iskoristivost (istraživanja pokazuju otprilike 5 posto). Isto tako ostaje problem (o)čuvanja energije. Primjena je bila uspješna na području industrijskoga oblikovanja (satovi, punjači baterija itd.).

2.1.7 Kemijski osjetljive bojene prevlake i prevlake koje mijenjaju oblik

To su prevlake koje prepoznaju različite kemijske supstancije. Mijenja se njihov oblik, boja i druge karakteristike. S tim karakteristikama mogu djelovati kao jednostavni senzori koji prepoznaju prisutnost kemikalija u atmosferi ili tekućinama.

2.2 Pametne boje i premazi

Boje i premazi standardni su način promjena i poboljšanja karakteristika materijala. Bojama i premazima mogu se dodavati obje vrste pametnih materijala: materijali koji mijenjaju karakteristike i materijali koji pretvaraju energiju.

2.2.1 Dodavanje materijala koji mijenjaju karakteristike

Brojni se materijali koji mijenjaju karakteristike mogu dodavati u boju kao pigment u obliku finih čestica (djelića). Postoji mnogo termokromnih i fotokromnih boja i premaza. U njih se mogu dodavati i drugi materijali koji mijenjaju karakteristike (npr. gradiva s faznom preobrazbom), i to izravno ili u obliku mikrokapsula.

2.2.2 Dodavanje materijala koji pretvaraju energiju

Mnogo je prirodnih i sintetičkih luminiscentnih materijala koji su prihvatljivi kao dodatak bojama i premazima. Oni apsorbiraju energiju iz svjetlosti, kemijskih ili termičkih izvora te je predaju u obliku fluoroscence ili fosforoscence [1]. Razvoj elektroprovodnih polimera pokrenuo je potpuno nov razvoj boja i premaza. Raste zanimanje za pametne boje koje označavaju pukotine u elektroprovodnim polimerima.

2.3 Pametna stakla

Staklo danas, osim propuštanja svjetlosti, istodobno ispunjava i druge funkcije. Tako primjerice elektokromna prevlaka na staklu omogućava da se pod utjecajem električkoga toka mijenja transmisija dnevne sobe. Sunčane ćelije, nanesene na staklo, proizvode električki tok. Nanos laserom omogućava stvaranje različitih uzoraka jer određena područja ostaju prozirna [8].

2.3.1 Elektrooptičko staklo

Elektrooptičko staklo dobar je primjer uporabe tehnologije tankoslojnih nanosa u graditeljstvu. Klasično staklo ne provodi struju i električki je izolator. Elektrooptičko se staklo sastoji od staklene osnove na koju je, kemijskim procesom, nanesen tanak i proziran sloj materijala koji provodi struju. U graditeljstvu se takva tehnologija može upotrebljavati kao ″zagrijano staklo koje se ne smrzava″ [1] (npr. automobilska stakla).

2.3.2 Dikromična stakla

Dikromično staklo (dikromija, različita obojenost istovrsnih organizama) omogućava promjenu boja. Promjene boja mogu biti nepredvidive i brze. Slični se vizualni učinci mogu vidjeti u perju nekih ptica ili na vodi u uljnoj mrlji. Kod takvoga se stakla neke valne dužine svjetlosti reflektiraju, dok se druge apsorbiraju i vidljive su kao transmisijska svjetlost. U dikromičnom je staklu podloga (staklo) obložena s više slojeva vrlo tankih prozirnih nanosa metalnih oksida. Kad svjetlost padne na njih, ili putuje kroz te slojeve, javljaju se različiti vizualni učinci. Boje se mijenjaju s obzirom na upadni kut svjetlosti i vidni kut gledanja [1].

2.4 Sunčane (fotovoltaične) ćelije

Pod pojmom fotonaponska pretvorba podrazumijeva se pretvaranje svjetlosne (sunčeve) energije u električnu energiju. Pretvorba se vrši u sunčanim ćelijama koje mogu biti različite. Mogu biti prozirne ili neprozirne, različitih boja, najčešće su tamnoplave. Najčešće se upotrebljavaju [18]:

• polikristalne sunčane ćelije (iskoristivost do 15 posto)
• monokristalne sunčane ćelije (iskoristivost do 18 posto)
• amorfne sunčane ćelije (iskoristivost od 5 do 8 posto) • ćelije na tankim prevlakama,

Thin-film cells, nova su tehnologija sunčanih ćelija (copper-indiumdiselenid (CIS) i cadmiumtelluride (CdTe) ćelije). Primjerene su za gotovo sve vrste podloga, do sada im je najveća iskoristivost do 9,5 posto [13].

2.5 Diode LED

Diode LED (LED = Light Emitting Diode) su poluvodiči koji zasvijetle kad kroz njih poteče električni (strujni) tok. Njihovo je djelovanje suprotno djelovanju sunčanih ćelija jer dioda LED pri prolasku električne energije svijetli. Diode LED pripadaju kategoriji najinovativnijih pametnih tehnologija [1]. Trenutačno se odvija prodor bijelih svjetlećih dioda na svjetsko tržište. Svjetlosna tijela LED nisu žarulje već čipovi koji imitiraju svjetlost kada kroz njih poteče strujni tok [17].

Boja svjetlosti ovisi o materijalu koji je upotrijebljen u čipu. Poluvodiči najčešće daju crveno, žuto ili zeleno svjetlo. Poluvodiču od galijeva nitrida, koji daje plavo svjetlo, dodaje se indij i fosfor te tako preko zelene i žute boje nastaje bijela svjetlost. Osvjetljenje s diodama LED je energetski štedljivo jer se ne zagrijava kao obična žarulja sa žarnom niti. Uvođenjem dioda LED na šire područje uporabe, prema savjetima stručnjaka, energetska bi se potrošnja industrijskih zemalja mogla sniziti čak za jednu trećinu [14]. U Australiji će npr. uporaba uobičajenih žarulja biti dopuštena do kraja 2010.

LED se upotrebljava za osvjetljenje pročelja, za osvjetljenje vanjskoga prostora, za velike panelne zaslone. Spektarne karakteristike svjetlosti u usporedbi s tradicijskim osvjetljenjem mogu se precizno kontrolirati.

www.casopis-gradjevinar.hr

Teilen.

Hinterlasse eine Antwort