آقایان حسین علی دهقانیان و نوید حسین آبادی ، دو مخترع خلاق ایرانی موفق به کسب مدال نقره مسابقات اختراعات اعضای فدراسیون مخترعین ۲۰۲۲ سوییس شدند

به گزارش تک تیپ؛ دو نفر از محققان خلاق رشته مهندسی مواد از دانشگاه شیراز و تربیت مدرس توانستند مواد ضد خوردگی هوشمندی برای جلوگیری از خوردگی بتن های مسلح ابداع کنند . این اختراع در دومین همایش اختراعات و نوآوری ها در سوئیس در سال ۲۰۲۲ شرکت داده شد و عنوان دوم را کسب نمود .  حسین علی دهقانیان و نوید حسین آبادی دو پژوهشگر در زمینه مواد ضد خوردگی که شرکت دانش بنیانی را نیز تاسیس کرده اند،  علاوه بر ثبت این اختراع مقاله هایی در کنفرانس های ملی و بین المللی از پایان نامه و کارهای تحقیقاتی ارایه داده اند .

و نیز در سال ۱۳۹۵ با همراهی یکدیگر شرکت دانش بنیان با زمینه تولید مواد مهندسی تاسیس کردند.

در این دوره از مسابقات ، بیش از ۷۴۰ مخترع از ۳۲ کشور جهان شرکت داشتند که با همکاری سازمان فدراسیون مخترعین IFIA ، سازمان مالکیت فکری جهانی WIIPA و نیز مجموعه افق پژوهش نیکان هولدینگ ثبت اختراع در ایران ، در شهر ژنو سوییس برگزار شده است .

اختراع بین المللی این دونفر در زمینه مهندسی کنترل کیفیت از راه دور با استفاده از واقعیت افزوده بود. ولی نقطه عطف کار اختراع مواد ضد خوردگی هوشمند در بتن مسلح بود که توانست مدال نقره مسابقات سوئیس را کسب کند.

طرح پیشنهادی در زمینه محصولات شیمیایی هوشمند با هدف جلوگیری، مهار و کنترل واکنش های خوردگی شیمیایی می باشد. بازدارنده های خوردگی سازگار با محیط زیست در طرح پیشنهادی در سیستم های بتن مسلح استفاده می شوند.

در طول دهه های گذشته ، تلاش های بسیاری به منظور ارتقاء خاصیت حفاظتی الکترولیت های حفره ای بتن، از طریق افزودن مواد افزودنی بازدارنده خوردگی در زمان ساخت بتن، صورت گرفته است. اما به وضوح هر یک از چنین مواد افزودنی برای بتن باید بعضی معیارها را به گونه ای ارضا نماید که از اثرات نامطلوب بر روی کارآیی، هیدراسیون سیمان، خواص مکانیکی یا دیگر ویژگی های مصالح، اجتناب گردد و این امر موجب ممنوعیت استفاده از چندین مورد از ترکیباتی می گردد که اغلب به عنوان بازدارنده های خوردگی فولاد در شرایط دیگر، استفاده می شوند.
از میان بازدارنده های خوردگی که به عنوان مواد افزودنی در بتن تازه بیش از همه مورد استفاده بوده اند، نیتریت کلسیم می باشد. این ماده در سال های ۱۹۷۰ در آمریکا بکار رفته و کاربردهایی را نیز در سایر کشورها جهت ایجاد حفاظت تکمیلی در برابر خوردگی ناشی از کلرید، پیدا کرده است. این ماده یک بازدارنده آندی است که تصور می شود با اکسیداسیون یون های آهن تولید شده آندی در نقاط آسیب دیده لایه محافظ، آن را تقویت می نماید. علیرغم وجود داده های عملکردی نسبتا بلندمدت برای مواد افزودنی برمبنای نیتریت کلسیم، نگرانی هایی درباره کارآمدی بلندمدت، سمی بودن و اثرات نامطلوب زیست محیطی آنها، موجب محدود شدن حوزه های کاربرد این مواد گشته است. به طور کلی خوردگی به دو دلیل باعث کاهش مقاومت اعضای بتنی می‌شود. در حالت اول، خوردگی باعث تخریب بتن و با کاهش سطح مقطع مؤثر بتن، مقاومت آن مقطع کاهش می‌یابد. دلیل دیگر، کاهش سطح مقطع آرماتورهاست که باعث کاهش مقاومت عضو بتن مسلح می‌گردد. با توجه به اینکه در سازه‌های بتن مسلح انتقال بار‌های کششی بر عهده آرماتورها است، خوردگی آرماتورها و کاهش سطح مقطع آن‌ها، باعث کاهش ظرفیت باربری عضو یا حتی فروریزش آن می‌شود.

در بتن معمولی، آب منفذی به شدت قلیایی بوده و PH آن حدود ۱۲٫۵ است. این قلیاییت زیاد باعث ایجاد پوششی از اکسید آهن (Fe_۲O_۳) روی سطح فولاد می‌شود. لایه ایجاد شده از سطح فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند. وجود کلر باعث می‌شود فرایند خوردگی تسریع شده و لایه محافظ ایجاد شده روی سطح آرماتور از بین برود. وظیفه انواع افزودنی‌ کاهنده خوردگی آن است که تأثیر منفی یون کلر را به حداقل برساند و سرعت فرایند خوردگی را کاهش دهد.

موضوع خوردگی بتن و آرماتورهای داخل آن از جدی ترین تهدیدات سازه های بتنی است. حتی اگر بتن از سنگدانه، سیمان و آب ساخته شده باشد، اغلب توسط آب و ترکیبات شیمیایی آسیب می بیند. خوردگی فولاد در بتن یک مسئله بزرگ در بسیاری از کشورهای جهان است. تعمیر آنها حتی در کشورهای پیشرفته مانند ایالات متحده، کانادا، ژاپن و چندین کشور اروپایی هزینه زیادی را در بر داشته است. بسیاری از ساختمان های بتنی در کشورهای در حال توسعه و کشورهای حاشیه خلیج فارس در مدت کوتاهی خورده و آسیب دیده اند. ارتباط خوردگی آرماتورهای فولادی در بتن که به طور مستقیم عمر قابل استفاده سازه های بتنی را به هم مرتبط می کند و نقش اساسی در حفظ و نگهداری سرمایه ایفا می کند، نیاز به تحقیق و مطالعه در این موضوع را افزایش می دهد. مواد شیمیایی ضد خوردگی یکی از روش های جلوگیری از خوردگی هستند. بازدارنده های خوردگی دو حالت عمل دارند. یا با بالا بردن آستانه غلظت عناصر مورد نیاز برای شروع خوردگی یا با کاهش سرعت خوردگی پس از شروع آن کنترل خوردگی فلزات تقویت‌کننده بتن مسلح در تماس با محیط‌های آبی (سدها، کانال‌ها، سازه‌های دریایی و پل‌ها) در محیط‌های آب یا پرآب (جریان، باران و آب فرمولاسیون بتن). از جمله مشکلات و راهکارهای موجود در کشورهای در حال توسعه کاهش میزان خوردگی در حین کار با حفظ مقاومت خمشی بتن به دلیل عدم نیاز به تغییر فرمول بتن و کاهش میزان مصرف به دلیل نفوذپذیری و رفتار مهاجرت بازدارنده در بتن است. . هدف از این اختراع آزادسازی هوشمند بازدارنده ها در محیط از طریق محلی سازی pH بتن در تماس با محیط آبی در زمان های ریختن و کار طولانی مدت و همچنین ایجاد محلی سازی و آب گریزی با استفاده از مکانیزم و فرمولاسیون رهاسازی هوشمند است. که با استفاده از روش و فرمولاسیون رهاسازی هوشمند، مصرف بازدارنده را به میزان قابل توجهی به حداقل می رساند.

ماده ای که در اختراع ساخته شده است به صورت یک کپسول هوشمند گلوتامین با هسته آزول می باشد. نکته مهم در طراحی این ماده را می توان در استفاده از آن در ابتدای ساخت بتن و یا درحین استفاده از آن نام برد. تقریبا تمامی روشهای جلوگیری از خوردگی بتن های مسلح موجب کاهش مقاومت فشاری بتن می شوند. علاوه بر آن مقدار ماده استفاده شده قابل کنترل نبوده و بسته به میزان خوردگی محیط اطراف می توان تغییر کند. ماده هوشندی که ساخته شد به دلیل ماهیت آزول در جلوگیری از خوردگی فولاد ها و همینطور خوردگی میکروبی بسیار عملکرد مثبتی دارد. گلوتامبن این ماده در مواجهه با کاهش pH محیط ناشی از ورود یون کلر از طریق خلل و فرج بتن به آن ناحیه مهاجرت کرده و در این pH کپسول باز شده و اسیدیته ناحیه را به صورت موضعی افزایش می دهد. در این هنگام باقی ترکیب بدون تغییر باقی می مانند. به همین علت مقدار مصرفی این ماده در مقایسه با سایر مواد ضد خوردگی بسیار اندک می باشد. در واقع این ماده با استفاده از ترکیب بازدارندگی کاتدی و آندی بیشترین حفاظت را انجام میدهد.

سخن مخترعین :

مهمترین پارامتر ما برای طراحی این ماده استفاده از آن در سازه های دریایی مانند دکل های نفتی در دریا پل ها و سازه های بتنی در نقاط مرطوب بوده است. بازدارنده های خوردگی روشی شناخته شده و همه کاره برای کاهش خوردگی در بخش های مختلف از جمله اکتشاف و تولید نفت و گاز، پالایشگاه نفت، تولید مواد شیمیایی و تصفیه آب هستند. در داخل سیستمها، بازدارنده ها اغلب برای تضمین غلظت کافی و تسهیل مدیریت غلظت استفاده می شوند. این شرایط در سیستم های گردش سیال، تولید نفت و پالایش وجود دارد. ضد یخ رادیاتور خودرو یکی از شناخته شده ترین کاربردهای بازدارنده است. هنگام استفاده از بازدارنده ها برای مقاصد خاص، باید احتیاط کرد زیرا ممکن است در شرایط خاص محافظت در برابر خوردگی خوبی برای فلز ارائه دهند، اما همچنین می توانند خوردگی فلزات دیگر را در همان سیستم تسریع کنند.

از جمله اهداف مخترعین در آینده ، تجاری سازی و تولید انبوه و علاوه بر آن بهینه سازی های صنعتی برای استفاده در تمام صنایع با درجات مختلفی از خورندگی از اهداف ایشان برای آینده این ماده است. با توجه به نیاز کشور و صنایع گوناگون به ماده ای که از خوردگی بتن مسلح جلوگیری می کند و همزمان تاثیری بر کاهش خواص مکانیکی بتن نداشته باشد می تواند کشور را در زمینه تولید این دست مواد که بی نظیر ترین آنها نیزهمین ماده است بی نیاز کند و به واسطه صادرات آن ارز آوری نیز داشته باشد.

پس از کسب مدال و ارایه اختراع در نشستهای بین المللی چندین شرکت از ایران و خارج از کشور تمایل خود برای همکاری های دو طرفه را اعلام کرده اند که فعلا در مرحله مذاکرات می باشد. هر چند که ترجیح مخترعین استفاده از این اختراع در ایران و سپس صادرات به کشورهای دیگر می باشد. از دیگر اهداف ما در شروع این روند اخذ مالکیت معنوی این طرح بود که با همکاری صبورانه مجموعه افق پژوهش نیکان این امر میسر گردید .

مخترعین افزودند : ” تفکر ایده نو و خلاق و تبدیل آن به یک اختراع با چالشهای بسیار زیادی همراه است. مخصوصا در شرایطی که به دلیل امکانات نا مناسب شما قادر به بررسی همه جانبه اختراع نیستید و دستگاه های آنالیز به راحتی در اختیار شما قرار ندارد. اینکه یک فرمول نظیر این ماده شیمیایی در شرایط واقعی تست شود نیازمند ایجاد یک سیستم پایلوت عالی و شبیه سازی محیط های گوناگون در آن است. متاسفانه عدم حمایت های اصولی از مخترعین و صاحبان فکر و اندیشه مشکلات زیادی در این زمینه برای آنها ایجاد می کند که شایسته است با توجه به پتانسیل های موجود در کشور راهکارهایی در مسیر قرار گیرد تا شاهد نتایج بسیار درخشانی باشیم.

رشته مهندسی مواد با چالشها و گستردگی زیادی که دارد بلوغ فکری فوق العاده ای به من در جهت ایجاد نوآوری ها و سنتز مواد جدید داد. علاوه بر این تیم از نظرات کارشناسی همسر بنده خانم دکتر سارا تقدسی نیا نیز در اختراع اخیر بسیار کمک کردند به دلیل داروساز بودن ایشان در قسمتهایی که نیاز به دانش شیمی مخصوصا پیوندهای گلوتامین و ساخت میکرو کپسول ها بود از دانش ایشان نهایت استفاده را بردیم.

در کل ایجاد زمینه اشتراکی در داروسازی و مهندسی مواد و سنتز مواد جدید در زمینه های خوردگی بیومواد و حاملهای دارویی از زمینه های مورد علاقه ما در آینده است.