کنترل آتش در صنایع با فناوری نانو

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، به نقل از تارنمای تارنمای سای تک دیلی، محققان شیوه‌ای جدید به نام تخریب حرارتی معکوس (ITD) برای کنترل نحوه واکنش آتش به مواد با استفاده از یک لایه محافظ نانومقیاس ابداع کردند که در صنایع کاربرد دارد.

بر اساس این گزارش، این شیوه امکان تنظیم دقیق خواص ماده فرآوری شده را فراهم می‌کند که با تولید لوله‌های کربنی در مقیاس میکرو از الیاف سلولزی نشان داده می‌شود.

شعله‌های با دمای بالا برای تولید مواد متعدد ضروری است. با این حال کنترل آتش و واکنش آن با ماده مورد نظر می‌تواند چالش برانگیز باشد. دانشمندان شیوه‌ای ابداع کرده اند که از یک لایه محافظ نازک مولکولی برای کنترل نحوه واکنش گرمای شعله با ماده بهره می‌گیرد و با کنترل آتش امکان تنظیم دقیق ویژگی‌های ماده فراوری شده را فراهم می‌سازد.

به گفته نویسنده این مقاله و استاد مهندسی و علوم مواد دانشگاه کارولینای شمالی، آتش یک ابزار مهندسی ارزشمند است و کوره بلند یک آتش شدید است، با این حال زمانی که آتش ایجاد می‌کنید اغلب کنترل اندکی بر آن است. 

روش تخریب حرارتی معکوس، از یک لایه نازک نانومقیاس روی ماده مورد نظر بهره می‌گیرد. لایه نازک در واکنش به گرمای آتش تغییر می‌کند و میزان اکسیژنی را که می‌تواند به مواد دسترسی پیدا کند، تنظیم می‌کند. در این روش می توان سرعت گرم شدن مواد را کنترل کردکه به نوبه خود بر واکنش‌های شیمیایی در حال وقوع در ماده تأثیر می‌گذارد. همچنین در این می توان نحوه و مکان تغییر مواد را با آتش به خوبی تنظیم کنیم.

نحوه عملکرد ITD به این گونه است که کار را با ماده مورد نظر مانند الیاف سلولزی شروع می‌کنید. سپس آن الیاف با یک لایه مولکولی به ضخامت نانومتر پوشیده می‌شود و الیاف پوشش داده شده در معرض شعله شدید قرار می‌گیرد. سطح بیرونی مولکول‌ها به راحتی می‌سوزد و دما را در مجاورت آن بالا می‌برد. اما سطح داخلی پوشش مولکولی از نظر شیمیایی تغییر می‌کند و لایه نازک تری از شیشه در اطراف الیاف سلولزی ایجاد می‌کند. این شیشه میزان اکسیژنی را که می‌تواند به الیاف دسترسی یابد، محدود می‌کند و از آتش گرفتن فوری سلولز جلوگیری می‌کند. در عوض، الیاف بدون آتش و از داخل می‌سوزد.

به گفته محققان، بدون لایه محافظ ITD، اعمال شعله روی الیاف سلولزی به تولید خاکستر منجر می‌شود. با لایه محافظ ITD، در نهایت به تولید لوله‌های کربنی می‌انجامد.

همچنین می توان لایه محافظ را به منظور تنظیم میزان اکسیژنی که به ماده مورد نظر می‌رسد، مهندسی کرد. 

محققان با استفاده از الیاف سلولزی برای تولید لوله‌های کربنی در مقیاس کوچک، نمایش اثبات مفهومی انجام دادند.
همچنین، محققان می‌توانند ضخامت دیواره‌های لوله کربنی را با کنترل اندازه الیاف سلولزی که با آن کار را شروع کردند، با وارد کردن نمک‌های مختلف به الیاف (که سرعت سوختن را بیشتر کنترل می‌کند) و با تغییر میزان اکسیژنی که از لایه محافظ عبور می‌کند، کنترل کنند.