Ngày đăng 18/06/2024 | 04:11 PM 

Vật liệu nano trong kiến trúc hiện đại

(NSCL) Thời gian trước đây, ít người biết rằng việc tìm ra ống nano carbon đã thay đổi hoàn toàn bức tranh thế giới, thông qua sự thay đổi trong nhiều khái niệm và lĩnh vực hoạt động của con người. Phát kiến ống nano carbon là khởi đầu cho thế hệ mới các vật liệu xây dựng siêu bền và nhẹ - những yếu tố làm nên cuộc cách mạng thực sự trong kiến trúc.

Cấu trúc ống nano carbon
 Carbon dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao trong lõi Trái đất bắt cháy và hình thành các tinh thể kim cương – vật chất tự nhiên bền vững nhất. Về cơ bản, phần lớn carbon tồn tại trên Trái đất dưới dạng than chì. Trước khi tìm ra ống nano, các nhà khoa học cho rằng than chì và kim cương là dạng thức tồn tại duy nhất của carbon nguyên chất. Cách đây ít lâu, một dạng tồn tại nữa đã được tìm ra – vi tấm than chì cuộn thành ống trụ. Nguyên tử carbon kết hợp với các nguyên tử bên cạnh tạo thành một vi tấm mới. Trong những điều kiện nhất định, vi tấm này có thể cuộn lại thành một ống liền mạch, trở thành một liên kết đàn hồi và bền vững – đó là ống nano. Cấu trúc tương tự cũng thu nhận được từ nitride boron, silic cacbua và một số hợp chất khác. Đường kính ống nano thay đổi từ một tới vài chục nano mét (nm), chiều dài có thể đạt vài micron. Độ bền của “sợi chỉ” cấu tạo từ các phân tử carbon được xác định không phải bởi sự tương tác giữa các phân tử mà bởi sự tương tác mạnh hơn nhiều giữa các nguyên tử. Về mặt lý thuyết, các ống nano có thể trở thành lõi của vật chất bền hơn nhiều lần so với thép.
Thời điểm chính xác của phát minh trên đây không xác định được, song việc quan sát được cấu trúc ống nano đa lớp được ghi nhận vào năm 1991, và trở thành sự kiện nổi tiếng. Trước đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết về dạng thức tồn tại này của carbon. Nhóm các nhà khoa học dưới sự chỉ đạo của GS. M. Kornilov – Khoa Hóa hữu cơ ĐHTH quốc gia Lomonosov không chỉ tìm ra sự tồn tại của các ống nano carbon đơn lớp vào năm 1986, mà sau đó còn chứng minh được tính đàn hồi lớn của các liên kết đặc biệt này.
Liên kết ống nano với các vật liệu xây dựng khác nhau như sắt, bê tông, ceramic, kính… đã hình thành những vật liệu xây dựng mới trong kiến trúc – vật liệu nano siêu bền, siêu nhẹ, thậm chí trong suốt và có thể tự làm sạch.
Sử dụng vật liệu nano trong xây dựng cho phép thể hiện tính sáng tạo kiến trúc bay bổng hơn; trí tưởng tượng của các kiến trúc sư, các nhà thiết kế không còn bị giới hạn; giảm thiểu chi phí xây dựng cũng như tốc độ thi công xây dựng công trình; nâng cao chất lượng và các đặc tính khai thác của công trình; bảo vệ môi trường xung quanh; phù hợp các tiêu chuẩn và yêu cầu về tính an toàn; xây dựng công trình thích ứng với các hình thái sinh học (biomorphic) thông qua việc tạo những mẫu kiến trúc hoàn toàn có thể tương tác với khí hậu hay các yếu tố sinh hóa - xã hội; giảm tác động môi trường từ xã hội hiện đại...
Trong kiến trúc hiện đại, các kết cấu với đường nét cong luôn được vận dụng. Một trong các biện pháp cơ bản để tạo kiến trúc phi tuyến là sử dụng các lớp phủ trên cơ sở vỏ lưới. Nhờ các vỏ lưới, trong thời gian tối thiểu có thể xây khối lượng biomorphic tối đa. Các kết cấu này cho phép xây dựng rất nhanh các tòa nhà / công trình sinh thái, tiết kiệm năng lượng.
Trong giai đoạn thiết kế và xây dựng các công trình hiện đại nhiều đường cong lớn, cần nắm vững không chỉ các tiêu chuẩn xây dựng – thiết kế mà cả vi sinh học, di truyền học... Điều quan trọng nữa là cần nhận thức ADN như yếu tố tạo nên phong cách cơ bản của đa dạng kiến trúc trong tương lai. Sự xuất hiện của các vật liệu nano mới cho phép giải quyết không chỉ vấn đề độ bền của kim loại mà cả các liên kết nút để tạo lưới cốt và các đường xoắn ốc từ các vật liệu composite mới. Từ kết quả quá trình sáng tạo hiện nay, các nhà thiết kế không chỉ tạo được những “vách” phẳng hoạt động tốt khi chịu nén mà còn có thể xác định (tạm thời) tình trạng lớp vỏ có tính tới các yếu tố bên ngoài. Công trình hiện đại do đó dễ dàng hòa nhập với môi trường vốn có.


Nhà hát Opera Quảng Châu (Trung Quốc) - ví dụ tiêu biểu cho việc áp dụng vật liệu nano vào xây dựng và kiến trúc hiện đại
Một trong những ví dụ tiêu biểu của kiến trúc hiện đại có áp dụng vật liệu nano và công nghệ IT trong thiết kế là Nhà hát Opera Quảng Châu (Trung Quốc), tác giả là kiến trúc sư tài ba Zaha Hadid. Công trình tựa một viên kim cương lấp lánh bên bờ sông Châu Giang, với diện tích xấp xỉ 70 nghìn m2, gồm hai phần – Nhà hát Lớn có 1804 chỗ ngồi, và Khán phòng có 400 chỗ ngồi. Điểm độc đáo là hai khối nhà được bọc trong lớp “vỏ” có vân là những hình lục lăng và tam giác từ bê tông, kính, và thép. Trong tổ hợp, bê tông nano và các kết cấu lưới được kết hợp rất hài hòa cho phép tạo những không gian chuyển tiếp mượt mà, đồng thời tăng tính bền vững nhờ các công nghệ cải tiến. Cả nội thất và ngoại thất công trình là những khoảng không gian mở, không gian khép kín linh hoạt được thiết kế rất cầu kỳ, phức tạp bằng các vật liệu xây dựng truyền thống kết hợp với vật liệu cải tiến.
Tuy các vật liệu cải tiến hiện nay còn chưa thông dụng trong xây dựng đại trà, song theo thời gian sẽ trở nên phổ biến hơn; vai trò của các vật liệu nano trong xây dựng và kiến trúc ngày càng được khẳng định.
Nguồn: Bản tin các trường Đại học (Nga)
ND: Lệ Minh
 

Admin
Lượt xem: 1  |  Chia sẻ: 0

Tin cùng chuyên mục