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      灼燒后變成氣凝膠,斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)新型凝膠可在野火中保護建筑

      欄目:保溫資訊 發(fā)布時(shí)間:2024-08-28 瀏覽量: 48
      斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種增水凝膠,可以噴灑在房屋和關(guān)鍵基礎設施上,以防止它們在野火中燃燒。8月21日發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上的研究表明,這種新型凝膠的壽命更長(cháng),且效果顯著(zhù)優(yōu)于現有的商用凝膠。

      氣候變化造成了更炎熱、更干燥的天氣,我們看到火災季節更長(cháng),野火更大、更頻繁。近年來(lái),災難性的野火摧毀了房屋和基礎設施,給受災地區人民的生命和生計造成了毀滅性的損失,并破壞了荒地資源和經(jīng)濟發(fā)展。我們需要新的解決方案來(lái)對抗野火,保護地區免受損害。

      斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種增水凝膠,可以噴灑在房屋和關(guān)鍵基礎設施上,以防止它們在野火中燃燒。8月21日發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上的研究表明,這種新型凝膠的壽命更長(cháng),且效果顯著(zhù)優(yōu)于現有的商用凝膠。該論文的資深作者、工程學(xué)院材料科學(xué)與工程副教授Eric Appel表示:“在典型的野火條件下,現有的增水凝膠會(huì )在45分鐘內變干。我們已經(jīng)研制出了一種應用范圍更廣的凝膠——可以在野火發(fā)生前進(jìn)行噴灑,仍然可以保護建筑,而且這種凝膠在野火發(fā)生時(shí)效果更佳?!?/p>

      持久的保護增水凝膠由高吸水性聚合物制成,類(lèi)似于一次性尿布中的吸水粉末。將它們與水混合并噴灑在建筑物上,它們會(huì )膨脹成一種凝膠狀物質(zhì)附著(zhù)在建筑物的表面,形成一個(gè)厚厚的濕“盾牌”。但野火附近的環(huán)境極其干燥——溫度可能接近100度,伴有強風(fēng)和零濕度——甚至凝膠中的水也會(huì )很快蒸發(fā)。在A(yíng)ppel及其同事設計的凝膠中,水只是第一重保護。除了纖維素基聚合物外,該凝膠還含有二氧化硅顆粒,二氧化硅顆粒是在凝膠受熱時(shí)留下的。該研究的主要作者Changxin Dong說(shuō):“我們發(fā)現了一種獨特的現象,即柔軟、有彈性的水凝膠在受熱時(shí)無(wú)縫過(guò)渡為堅固的氣凝膠防護層,提供強效和持久的野火防護作用。這一具有環(huán)保意識的突破超越了當前的商業(yè)解決方案,提供了一種優(yōu)越且可擴展的野火防護功能?!?/p>

      Appel說(shuō):“當水分蒸干,所有的纖維素燃燒殆盡時(shí),只剩下組裝成泡沫的二氧化硅顆粒。這種泡沫具有高度的絕熱性,最終會(huì )驅散所有的熱量,完全地保護其下方的基材?!倍趸栊纬傻臍饽z是一種具有多孔結構固體,是一種特別好的絕熱材料。類(lèi)似的二氧化硅氣凝膠用于太空應用,因為它們非常輕,可以阻止大多數傳熱方式。研究人員測試了他們的新型凝膠的幾種配方,將其涂在膠合板上,并將其直接暴露在手持噴槍的火焰中,噴槍的燃燒溫度比野火高得多。他們最有效的凝膠配方持續了7分鐘多,然后木板開(kāi)始燒焦。當他們以同樣的方式測試一種市售的增水凝膠時(shí),發(fā)現它對膠合板的保護時(shí)間不到90秒。Appel說(shuō):“傳統的凝膠一旦變干就不起作用了。我們的材料在暴露于火中時(shí)會(huì )形成這種二氧化硅氣凝膠,在所有水分蒸發(fā)后繼續保護處理過(guò)的基材。一旦火熄滅,這些材料很容易被沖洗?!迸既坏陌l(fā)現這些新型凝膠以Appel之前預防野火的工作為基礎。2019年,Appel和他的同事利用這些凝膠將野火阻燃劑附著(zhù)在植被上,每次可保持數月。該配方的目的是防止易發(fā)生野火的地區起火。Appel說(shuō):“我們已經(jīng)與這個(gè)平臺合作多年了。這次的新進(jìn)展有點(diǎn)偶然,我們想知道這些凝膠會(huì )如何自行發(fā)揮作用,于是我們就把一些凝膠抹在了一塊木頭上,然后將其暴露在實(shí)驗室內放置的火炬的火焰中。我們觀(guān)察到了這個(gè)非??岬慕Y果,凝膠膨脹成了氣凝膠泡沫?!痹谌〉贸醪匠晒?,研究人員又花費了數年時(shí)間對配方進(jìn)行優(yōu)化。這種凝膠現在儲存穩定,可以用標準設備輕松噴灑,而且能很好地附著(zhù)在各種表面上。這種凝膠由無(wú)毒成分制成,已經(jīng)獲得美國林業(yè)局批準使用,研究人員進(jìn)行的研究表明,它們很容易被土壤微生物分解。Appel說(shuō):“它們對人和環(huán)境來(lái)說(shuō)都是安全的??赡苓€需要進(jìn)一步優(yōu)化,但我希望我們可以對這些凝膠進(jìn)行中試規模的應用和評估,這樣我們就可以在火災發(fā)生時(shí)使用它們來(lái)保護關(guān)鍵基礎設施?!边@項工作的其他參與者來(lái)自加州州立理工大學(xué)。這項工作由戈登與貝蒂·摩爾基金會(huì )(Gordon & Betty Moore Foundation)、施密特科學(xué)研究員(Schmidt Science Fellows)和美國國家科學(xué)基金會(huì )( National Science Foundation)資助。

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