آتش سوزی و فناوری نانو

وقوع آتش سوزی هنوز در بسیاری از کشورهای جهان کاهش چشمگیری نداشته است. از این رو نیاز روزافزون محققان به تحقیق و توسعه روش های بهبود یافته برای مقابله با این مسئله جهانی وجود دارد. فناوری نانو، در عین حال که حداقل خطراتی برای سلامتی دارد، می تواند آینده ای با آتش سوزی هایی با کشندگی کمتر و حداقل آسیب ها اشاره کند. در این مقاله به آتش سوزی و فناوری نانو در دنیای تکنولوژی امروز اشاراتی می کنیم.

سازمان آتش نشانی ایالات متحده گزارش كرد كه بیش از ۱.۳ میلیون مورد آتش سوزی در سال ۲۰۱۷ باعث ۳۴۰۰ نفر مرگ، ۱۴۶۷۰ نفر مجروح و ۲۳ میلیارد دلار خسارت شده است. هزینه بالای و خسارات جبران ناپذیر آتش سوزی امروز در زندگی و اموال، برخی محققان را بر آن داشت تا به دنبال راه حل های نوآورانه ضد حریق باشند. از فناوری نانو برای مقاوم سازی، سبکتر کردن و در عین حال مقاوم بودن مصالح ساختمانی و محصولات در برابر آتش سوزی استفاده می شود.

حال بررسی کنیم که اصلا فناوری نانو چیست؟

فناوری نانو به علم، مهندسی و فناوری انجام شده در مقیاس نانو گفته می شود (که حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است) که دستکاری مواد را متناسب با نیازهای موجود امکان پذیر می کند.

چگونه از فناوری نانو استفاده می شود؟

فناوری نانو در موارد زیر استفاده می شود:

1. پوشش هایی که برای افزایش مقاومت در برابر آتش سوزی در پارچه و مبلمان استفاده می شود.
2. آجر، ملات و سایر محصولات رس برای کاهش پیش روی حرارتی.
3. تشک های نانو الیاف، این حصیرها به جای عایق بندی ساختمان و برخی از کف ها استفاده می شوند. تشک های نانو الیاف انرژی حرارتی را از شعله های آتش جذب می کنند. این تشک ها ضمن خاموش کردن آتش، آن را جذب می کنند و این باعث کاهش گسترش آتش و آسیب آن می شود. تقسیم بندی آتش سوزی از مزایای مهم فناوری نانو است که به ساکنین اجازه می دهد تا زمان بیشتری برای فرار داشته باشند.
4. استفاده از هیدروژل برای پتو و لباس، به منظور مقاوم سازی در برابر آتش برای جذب گرما و جلوگیری از سوختگی های حرارتی.
5. فوم های نانوکامپوزیتی پلی اتریمید برای افزایش حفاظت حرارتی برای لوازم خانگی. این فوم ها را می توان با نانوذرات ترکیب کرد تا در معرض شعله، گازهای سمی آزاد نکنند.

در حالی که به نظر می رسد طی چند سال گذشته تعداد دقیق آتش سوزی ها و جراحات و تلفات غیرنظامی مربوط به آن در ایالات متحده اندکی کاهش یافته است، اما هنوز هم این تعداد بسیار زیاد و غیرقابل قبول است. برای رفع این نگرانی ها، چندین محقق از فناوری نانو برای ایجاد راه حل های ابتکاری ضد حریق استفاده کرده اند.

نانو نساجی ها به عنوان مواد بازدارنده شعله

منسوجات یکی از متداول ترین منابع اشتعال در حوادث آتش سوزی است. از این رو بسیاری از منسوجات مقاوم در برابر شعله در لباس های محافظ، فرش، مبلمان، پرده، کف، لباس خواب، تشک و سایر مواد نساجی صنعتی گنجانده شدند.

به عنوان پرکاربردترین نانوکامپوزیت پلیمری، نانوذرات مونتوموریلونیت (MMT) دارای خصوصیات منحصر به فرد مکانیکی، حرارتی و قابل اشتعال هستند که منجر به ترکیب آنها در منسوجات مقاوم در برابر شعله شده است.

نانولوله های کربنی (CNT)، که از یک شبکه شش ضلعی برای اتم های کربن پیوندی تشکیل شده اند، قابلیت های بازدارنده شعله را نیز نشان داده اند. به طور خاص، لایه های ذغال درون سیستم های پلیمری / CNT به عنوان یک مانع حرارتی و عایق حرارتی عمل می کنند و باعث کاهش اشتعال آنها می شوند.

نانوسیل، یک شرکت مستقر در بلژیک است و بر روی تولید نانولوله های کربنی چند دیواره صنعتی (MWCNTs) تمرکز دارد. این شرکت یکی از اولین تولید کنندگان پوشش های نساجی بازدارنده شعله MWCNT به صورت تجاری می باشد. محصول این شرکت  THERMOCYLTM نام دارد. این محصول ویژگی های استثنایی موانع شعله را برای طیف گسترده ای از مواد فراتر از منسوجات فراهم می کند. که برخی از آنها شامل شیشه ، فلزات ، ترموپلاستیک و چوب است.

سیستم های مهار آتش

با گنجاندن فناوری نانو در سیستم های مهار آتش مانند کپسول های آتش نشانی، آتش ها می توانند بسیار موثرتر خاموش شوند.

یکی از روشهای بررسی این نوع سیستم، ایجاد ترکیبات مختلف شیمیایی است که می تواند باعث شود مواد سوزاننده به اندازه ذرات نانو تجزیه شوند. سپس کیفیت ماده مهارکننده آتش بالا می رود و اثربخشی و قدرت آنها را در مبارزه با آتش افزایش می دهد.

Xi’an WestPeace Fire Technology Co.، Ltd یک شرکت مستقر در چین است که چندین کپسول آتش نشانی قابل حمل و با فناوری نانو تولید کرده است. اساس کار در مورد این مدل فناوری اطفا حریق نانو، کاهش اندازه ذرات خاموش کننده شیمیایی خشک به تقریباً ۰.۱ میکرومتر است. این امر به ایجاد یک حرکت چشمگیر کمک می کند که ذرات را مستقیماً به داخل آتش سوق می دهد، و مقدار پسماند را پس از خاموشی آتش کاهش می دهد.

Westpeace علاوه بر کوچکترین کپسول آتش نشانی قابل حمل موجود در بازار، اظهار داشت که خط تولید محصولات اطفا حریق نانوذرات آن سازگار با محیط زیست و غیر سمی است.

مصالح ساختمانی

با افزایش جمعیت جهانی، تولیدکنندگان با تولید مواد سبک تر، مقاوم و با دوام تر که می توانند با سرعت بیشتری تولید شوند، تقاضای روزافزون برای مصالح ساختمانی را برآورده کردند. متأسفانه، در این میان، تولید کنندگان قابلیت اشتعال مواد خود را در نظر نگرفتند. در تلاش برای رفع این نگرانی های ایمنی در برابر آتش سوزی بدون به خطر انداختن توانایی تأمین تقاضای تولید، چندین فناوری نانو مختلف در مصالح ساختمانی جدید ادغام شده اند.

در حالی که پوشش های سنتی بر روی سازه های چوبی، شامل فسفات آمونیوم یا سولفات ها، کلریدها، اکسیدها یا سایر نمک های فلزی است، بسیاری از این مواد شیمیایی و محصولات احتراق آنها بسیار سمی هستند. تلاش های زیادی برای بررسی چگونگی جایگزینی این مواد شیمیایی سخت با پوشش های نانو انجام شده است. این موضوع می تواند باعث افزایش حفاظت در برابر آتش سوزی، کاهش سمیت برای کارگران ساختمانی و بهبود مقاومت شود.

برخی از پوشش های نانو نتایج امیدوار کننده ای را برای حفاظت از آتش در برابر چوب نشان می دهند. این پوشش ها شامل نانوذرات سیلیکات لایه ای مانند MMT، ذرات نانو بازدارنده های شعله معدنی، نانو ذرات سیلیس و MWCNT ها هستند.

چگونه می توان از فناوری نانو در آینده برای ایمنی در برابر آتش استفاده کرد؟

مزایای بالقوه بسیاری وجود دارد که می توان با استفاده از فناوری نانو برای ایمنی در برابر آتش به دست آورد. آنها عبارتند از:

• آلارم های دود که می توانند ذرات را در ابتدای آتش سوزی تشخیص دهند.
• نانوپوشش های مقاوم در برابر آتش که مقاومت و دوام مواد را برای مقاومت بهتر در برابر انرژی گرمایی بالا افزایش می دهد.
• سیستم های مهار آتش با استفاده از مخلوط های مختلف شیمیایی برای خاموش شدن بهتر آتش به اندازه ذرات تقسیم می شود.
• ایجاد نانوپوشش های مقاوم در برابر آتش، روی خطوط سوخت و اجزای موتور برای جلوگیری از آتش سوزی وسایل نقلیه.

تحقیقات آینده تا کجا لازم است؟

سه حوزه وجود دارد که استفاده گسترده از فناوری نانو را به تأخیر می اندازد.

۱. نگرانی های بهداشتی

بررسی ها نشان می دهد که سرطان و سیلیکوز از موارد نگران کننده فناوری های نانو است. ما می دانیم که قرار گیری در معرض آتش سوزی و  استنشاق، تماس با پوست یا بلع مضر است. اما هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که ما در مورد آنها نمی دانیم و در حال بررسی هستیم.

۲. قابلیت اطمینان پوشش های نانو

وقتی نانوذرات شروع به ذوب شدن می کنند، حباب تشکیل می دهند. با ترکیدن این حباب ها، نانوذرات به سمت بیرون رانده می شوند و از محافظت آنها کاهش می یابد. روشی مقرون به صرفه برای کاهش این مشکل باید پیدا شود.

۳. هزینه

تولید در مقیاس گسترده گران است و بنابراین اکثر شرکت ها تصمیم می گیرند روی گزینه ارزان تر یعنی دتکتورها سرمایه گذاری کنند.

درواقع، گذشته از نانو منسوجات و سیستم های مهار آتش جدید، استفاده از فناوری نانو در سیستم های ایمنی در برابر آتش را می توان در پوشش های پلیمری مورد استفاده در صنعت خودرو، حصیرهای الیاف نانو و هیدروژل ها نیز یافت.

علیرغم ویژگی های مذکور در بالا، تحقیقات حاکی از آن است که افزایش استفاده از نانوذرات توانایی آنها در تغییر عملکرد ایمنی طبیعی را نشان می دهد و منجر به التهاب در اندام های مختلف مانند کبد، کلیه و ریه ها می شود.

خوشبختانه، بسیاری از مطالعات به محققان اجازه می دهند غلظت ها، اندازه ها و الگوهای سطح ایمن تری را برای کاهش خطرات و کاربردهای خاص خود تعیین کنند.