النار وتكنولوجيا النانو

ما هي تقنية النانو؟

نظرًا لأن حدوث الحرائق لم ينخفض ​​بشكل كبير في العديد من دول العالم ، فهناك حاجة متزايدة للباحثين للبحث وتطوير طرق محسنة للتعامل مع هذه المشكلة العالمية. يمكن لتقنية النانو ، في حين أنها تشكل مخاطر صحية قليلة ، أن تشير إلى مستقبل به حرائق أقل فتكًا وأضرارًا طفيفة. في هذه المقالة ، نشير إلى النار وتكنولوجيا النانو في عالم التكنولوجيا اليوم.
ذكرت إدارة الحرائق الأمريكية أن أكثر من 1.3 مليون حريق في عام 2017 تسببت في مقتل 3400 شخص وإصابة 14670 وإصابة 23 مليار دولار بأضرار. دفعت التكلفة العالية والأضرار التي لا يمكن إصلاحها الناجمة عن حريق اليوم في الحياة والممتلكات بعض الباحثين للبحث عن حلول مبتكرة للوقاية من الحرائق.

تُستخدم تقنية النانو لتقوية مواد ومنتجات البناء وجعلها أخف وزناً وفي نفس الوقت مقاومة للحريق.

الآن دعنا نتحقق ما هي تقنية النانو؟

تشير تقنية النانو إلى العلوم والهندسة والتكنولوجيا التي يتم إجراؤها على المقياس النانوي (الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر) والتي تمكن من معالجة المواد لتناسب الاحتياجات الحالية.

كيف يتم استخدام تقنية النانو؟

تستخدم تقنية النانو في الحالات التالية:

1. الطلاءات المستخدمة لزيادة مقاومة الأقمشة والأثاث للحريق.

2. الطوب والملاط ومنتجات الطين الأخرى لتقليل المقاومة الحرارية.

3. حصائر الألياف النانوية ، هذه الحصائر ، التي تستخدم بدلاً من عزل المباني وبعض الأرضيات ، تمتص الطاقة الحرارية من اللهب وأثناء إطفاء الحريق تمتصه ، وهذا يقلل من انتشار الحريق وسوف يتضرر. يُعد تقسيم الحرائق من الفوائد المهمة لتقنية النانو ، مما يتيح للسكان مزيدًا من الوقت للهروب.

4. استخدام الهيدروجيل للبطانيات والملابس لمقاومة الحريق لامتصاص الحرارة ومنع الحروق الحرارية.

5. رغوة البولي إيثيرميد النانوية لزيادة الحماية الحرارية للأجهزة المنزلية. يمكن دمج هذه الرغوات مع الجسيمات النانوية بحيث لا تطلق غازات سامة عند تعرضها للهب.

في حين يبدو أن العدد الدقيق لحرائق الغابات وما يتصل بها من إصابات وإصابات من المدنيين في الولايات المتحدة قد انخفض بشكل طفيف خلال السنوات القليلة الماضية ، إلا أن الأرقام لا تزال مرتفعة بشكل غير مقبول. لمعالجة هذه المخاوف ، استخدم العديد من الباحثين تقنية النانو لإنشاء حلول مبتكرة لمكافحة الحرائق.

النانو كمواد مثبطة للهب

نظرًا لأن المنسوجات هي أحد أكثر مصادر الاشتعال شيوعًا في حوادث الحريق ، يتم تضمين العديد من المنسوجات المقاومة للهب في الملابس الواقية والسجاد والأثاث والستائر والأرضيات وملابس النوم والمراتب وغيرها من مواد النسيج الصناعية.

باعتبارها أكثر مركبات البوليمر النانوية استخدامًا ، تتمتع جزيئات المونتموريلونيت النانوية (MMT) بخصائص ميكانيكية وحرارية وقابلة للاشتعال فريدة أدت إلى دمجها في المنسوجات المقاومة للهب.

الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) ، والتي تتكون من شبكة سداسية من ذرات الكربون المترابطة ، أظهرت أيضًا قدرات مثبطة للهب. على وجه الخصوص ، تعمل طبقات الكربون داخل أنظمة البوليمر / الأنابيب النانوية الكربونية كحاجز حراري وعزل حراري ، مما يقلل من قابليتها للاشتعال.

Nanosil ، وهي شركة مقرها بلجيكا تركز على إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية الصناعية متعددة الجدران (MWCNTs) ، كانت واحدة من أوائل الشركات المصنعة التجارية لطلاء النسيج مثبطات اللهب MWCNT. يوفر منتج الشركة ، المسمى THERMOCYLTM ، خصائص مثبطة للهب استثنائية لمجموعة متنوعة من المواد بخلاف المنسوجات ، وبعضها يشمل الزجاج والمعادن والبلاستيك الحراري والخشب.

أنظمة إخماد الحرائق

من خلال دمج تقنية النانو في أنظمة إخماد الحرائق مثل طفايات الحريق ، يمكن إطفاء الحرائق بشكل أكثر فعالية.

تتمثل إحدى طرق فحص هذا النوع من النظام في إنشاء مركبات كيميائية مختلفة يمكن أن تتسبب في تحلل المواد القابلة للاحتراق إلى جزيئات بحجم النانو. ثم تزداد جودة المواد المقاومة للحريق وتزيد من فعاليتها وقوتها في مكافحة الحريق.

Xi’an WestPeace Fire Technology Co. ، Ltd هي شركة مقرها الصين أنتجت العديد من طفايات الحريق المحمولة بتقنية النانو. أساس هذا النموذج لتقنية إطفاء الحرائق النانوية هو تقليل حجم جزيئات الإطفاء الكيميائي الجاف إلى حوالي 0.1 ميكرومتر (ميكرومتر). يساعد هذا في إنشاء حركة مثيرة تدفع الجزيئات مباشرة إلى النار ، مما يقلل من كمية البقايا المتبقية بعد إطفاء الحريق.

بالإضافة إلى كونها أصغر مطفأة حريق محمولة في السوق ، تدعي Westpeace أن خط منتجات إطفاء الحرائق بالجسيمات النانوية صديق للبيئة وغير سام.

مواد بناء

مع زيادة عدد سكان العالم ، لبى المصنعون الطلب المتزايد باستمرار على مواد البناء من خلال إنتاج مواد أخف وأقوى وأكثر متانة يمكن إنتاجها بسرعة أكبر. لسوء الحظ ، في غضون ذلك ، لم يأخذ المصنعون في الاعتبار قابلية موادهم للاشتعال. في محاولة لمعالجة مخاوف السلامة من الحرائق هذه دون المساس بالقدرة على تلبية متطلبات الإنتاج ، تم دمج العديد من تقنيات النانو المختلفة في مواد البناء الجديدة.

في حين أن الطلاءات التقليدية على الهياكل الخشبية تشمل فوسفات الأمونيوم أو الكبريتات أو الكلوريدات أو الأكاسيد أو أملاح معدنية أخرى ، فإن العديد من هذه المواد الكيميائية ومنتجات احتراقها شديدة السمية. تم بذل العديد من الجهود للتحقيق في كيفية استبدال هذه المواد الكيميائية القاسية بطلاء نانوي يمكن أن يزيد من الحماية من الحرائق ، ويقلل من السمية لعمال البناء ، ويحسن المقاومة.

تتضمن بعض الطلاءات النانوية التي أظهرت نتائج واعدة للحماية من الحرائق من الخشب جسيمات نانوية من السيليكات مثل MMT والجسيمات النانوية غير العضوية المثبطة للهب وجسيمات السيليكا النانوية و MWCNTs.

كيف يمكن استخدام تقنية النانو للسلامة من الحرائق في المستقبل؟

هناك العديد من الفوائد المحتملة التي يمكن جنيها باستخدام تقنية النانو للسلامة من الحرائق. هم انهم:

أجهزة إنذار الدخان التي يمكنها اكتشاف الجسيمات في بداية الحريق.
طلاء نانو مقاوم للحريق يزيد من قوة ومتانة المواد لمقاومة أفضل للطاقة الحرارية العالية.
تستخدم أنظمة إخماد الحرائق مخاليط كيميائية مختلفة مقسمة إلى أحجام جسيمات لإطفاء الحريق بشكل أفضل.
عمل طلاءات نانوية مقاومة للحريق على خطوط الوقود ومكونات المحرك لمنع حرائق المركبات.
ما هو مقدار البحث المستقبلي المطلوب؟

هناك ثلاثة مجالات تؤخر الاستخدام الواسع لتقنية النانو.

1. مخاوف صحية
لقد تم التحقيق في أن السرطان والسحار السيليسي من بين الحالات المقلقة لتقنيات النانو. نحن نعلم أن التعرض للنار والاستنشاق أو ملامسة الجلد أو الابتلاع ضار. لكن لا يزال هناك الكثير من الأشياء التي لا نعرف عنها ونحقق فيها.

2. موثوقية طلاء النانو
عندما تبدأ الجسيمات النانوية في الذوبان ، فإنها تشكل فقاعات. عن طريق تفجير هذه الفقاعات ، يتم دفع الجسيمات النانوية إلى الخارج وتقليل حمايتها. يجب إيجاد طريقة فعالة من حيث التكلفة للتخفيف من هذه المشكلة.

3. كلفة
الإنتاج على نطاق واسع مكلف ، لذلك قررت معظم الشركات الاستثمار في الخيار الأرخص ، أجهزة الكشف.

في الواقع ، بصرف النظر عن المنسوجات النانوية وأنظمة إخماد الحرائق الجديدة ، يمكن أيضًا استخدام تقنية النانو في أنظمة السلامة من الحرائق في طلاء البوليمر المستخدم في صناعة السيارات ، وحصائر الألياف النانوية والهيدروجيل.

على الرغم من الميزات المذكورة أعلاه ، تشير الأبحاث إلى أن الاستخدام المتزايد للجسيمات النانوية أظهر قدرتها على تغيير وظيفة المناعة الطبيعية وتؤدي إلى التهاب في أعضاء مختلفة مثل الكبد والكلى والرئتين.

لحسن الحظ ، سمحت العديد من الدراسات للباحثين بتحديد التركيزات والأحجام وأنماط السطح الأكثر أمانًا لتقليل المخاطر واستخداماتها المحددة.