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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