ژل های جدید می توانند از ساختمان ها در هنگام آتش سوزی محافظت کنند

همانطور که تغییرات آب و هوایی شرایط گرمتر و خشک تری را ایجاد می کند، ما شاهد فصول آتش سوزی طولانی تر با آتش سوزی های بزرگتر و مکرر هستیم. در سال‌های اخیر، آتش‌سوزی‌های فاجعه‌بار، خانه‌ها و زیرساخت‌ها را ویران کرده، خسارات جانی و معیشت مردمی را که در مناطق آسیب‌دیده زندگی می‌کنند، به بار آورده و به منابع و اقتصاد وحشی آسیب رسانده است. ما برای مبارزه با آتش‌سوزی‌ها و محافظت از مناطق در برابر آسیب‌ها به راه‌حل‌های جدیدی نیاز داریم.

محققان دانشگاه استنفورد یک ژل تقویت کننده آب ساخته اند که می تواند روی خانه ها و زیرساخت های حیاتی اسپری شود تا از سوختن آنها در هنگام آتش سوزی جلوگیری کند. این تحقیق که در 21 آگوست در Advanced Materials منتشر شد، نشان می‌دهد که ژل‌های جدید ماندگاری بیشتری دارند و به طور قابل توجهی موثرتر از ژل‌های تجاری موجود هستند.

اریک آپل، دانشیار علوم و مهندسی مواد در دانشکده مهندسی، که نویسنده ارشد مقاله است، می گوید: «در شرایط معمول آتش سوزی، ژل های افزایش دهنده آب فعلی در 45 دقیقه خشک می شوند. ما ژلی ساخته‌ایم که پنجره کاربرد وسیع‌تری دارد – می‌توانید آن را قبل از آتش‌سوزی بیشتر اسپری کنید و همچنان از مزایای محافظتی برخوردار شوید – و زمانی که آتش‌سوزی می‌شود بهتر عمل می‌کند.

محافظت طولانی مدت

ژل های تقویت کننده آب از پلیمرهای فوق جاذب ساخته شده اند – مشابه پودر جاذب موجود در پوشک های یکبار مصرف. آنها با آب مخلوط شده و روی یک ساختمان اسپری می شوند و به یک ماده ژلاتینی تبدیل می شوند که به بیرون سازه می چسبد و یک سپر ضخیم و مرطوب ایجاد می کند. اما شرایط در مجاورت آتش‌سوزی بسیار خشک است – دما می‌تواند نزدیک به 100 درجه باشد، بادهای شدید و رطوبت صفر درصد – و حتی آب محبوس شده در ژل نسبتاً سریع تبخیر می‌شود.

در ژل طراحی شده توسط اپل و همکارانش، آب تنها اولین لایه محافظ است. این ژل علاوه بر یک پلیمر مبتنی بر سلولز، حاوی ذرات سیلیس است که وقتی ژل ها در معرض حرارت قرار می گیرند، باقی می مانند. ما یک پدیده منحصر به فرد را کشف کرده‌ایم که در آن یک هیدروژل نرم و لطیف به‌طور یکپارچه در زیر گرما به یک محافظ هواژل قوی تبدیل می‌شود و حفاظت طولانی‌مدت در برابر آتش‌سوزی را ارائه می‌دهد. نویسنده اصلی این مطالعه، Changxin “Lyla” Dong گفت.

آپل گفت: «وقتی آب جوش می‌آید و تمام سلولز می‌سوزد، ذرات سیلیکا به شکل یک فوم جمع می‌شوند. این فوم بسیار عایق است و در نهایت تمام گرما را پخش می کند و به طور کامل از بستر زیر آن محافظت می کند.

سیلیس یک آئروژل را تشکیل می دهد — یک ساختار جامد و متخلخل که عایق مخصوصاً خوبی است. آئروژل های سیلیسی مشابه در کاربردهای فضایی استفاده می شوند زیرا بسیار سبک وزن هستند و می توانند از اکثر روش های انتقال حرارت جلوگیری کنند.

محققان چندین فرمول ژل جدید خود را با استفاده از آنها بر روی قطعات تخته سه لا و قرار دادن آنها در معرض شعله مستقیم از یک مشعل گازی آزمایش کردند که در دمای بسیار بالاتری نسبت به آتش سوزی می سوزد. موثرترین فرمولاسیون آنها بیش از 7 دقیقه قبل از شروع به رنگ شدن تخته دوام داشت. هنگامی که آنها یک ژل افزایش دهنده آب موجود در بازار را به همان روش آزمایش کردند، از تخته سه لا برای کمتر از 90 ثانیه محافظت کرد.

Appel گفت: “ژل های سنتی پس از خشک شدن اثر نمی کنند.” “مواد ما این آئروژل سیلیکا را هنگامی که در معرض آتش قرار می گیرند تشکیل می دهند که پس از تبخیر تمام آب به محافظت از بسترهای تصفیه شده ادامه می دهد. این مواد را می توان به راحتی پس از از بین رفتن آتش شست و شو داد.”

یک کشف غم انگیز

ژل‌های جدید از کارهای قبلی اپل در پیشگیری از آتش‌سوزی جنگلی ساخته شده‌اند. در سال 2019، اپل و همکارانش از همین ژل ها به عنوان وسیله نقلیه برای نگه داشتن مواد بازدارنده آتش وحشی بر روی پوشش گیاهی برای ماه ها در یک زمان استفاده کردند. این فرمول برای کمک به جلوگیری از اشتعال در مناطق مستعد آتش سوزی در نظر گرفته شده بود.

اپل گفت: “ما سال هاست که با این پلتفرم کار می کنیم.” “این پیشرفت جدید تا حدودی عجیب بود — ما متعجب بودیم که این ژل ها چگونه به خودی خود عمل می کنند ، بنابراین فقط مقداری را روی یک تکه چوب کوبیدیم و آن را در معرض شعله های آتشی که در اطراف آزمایشگاه گذاشته بودیم. آنچه مشاهده کردیم این بود. این نتیجه فوق العاده جالب جایی است که ژل ها به یک فوم ایروژل پف می کنند.”

پس از آن موفقیت اولیه، چندین سال مهندسی اضافی برای بهینه سازی فرمول طول کشید. اکنون در انبار پایدار است، به راحتی با تجهیزات استاندارد قابل پاشیدن است و به خوبی به انواع سطوح می‌چسبد. این ژل ها از اجزای غیر سمی ساخته شده اند که قبلاً برای استفاده توسط سازمان جنگلداری ایالات متحده تایید شده است و محققان مطالعاتی انجام دادند تا نشان دهند که آنها به راحتی توسط میکروب های خاک تجزیه می شوند.

Appel گفت: “آنها هم برای مردم و هم برای محیط زیست ایمن هستند.” “ممکن است نیاز به بهینه سازی بیشتری وجود داشته باشد، اما امیدوارم بتوانیم کاربرد و ارزیابی این ژل ها را در مقیاس آزمایشی انجام دهیم تا بتوانیم از آنها برای محافظت از زیرساخت های حیاتی در هنگام وقوع آتش سوزی استفاده کنیم.”