محققان روشی نوین برای مهار آتش ابداع کردند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، محققان با شیوه جدیدی برای ایجاد لوله‌های کربنی در مقیاس میکرو از الیاف سلولزی، امکان تنظیم دقیق خواص مواد پردازش شده را فراهم کردند.

این پژوهشگران می‌گویند یافته‌های علمی می‌تواند به کشف کاربرد‌های عملی مختلف، مانند ساخت لوله‌های کربنی مهندسی شده برای جداسازی نفت از آب منجر شود که هم برای کاربرد‌های صنعتی و هم برای اصلاح محیط زیست مفید است.

آتش با دمای بالا برای تولید مواد متعدد ضروری هستند. با این حال، کنترل آتش و تعامل آن با مواد مورد نظر می‌تواند چالش برانگیز باشد. اکنون دانشمندان روشی ابداع کرده‌اند که از یک لایه محافظ نازک مولکولی برای کنترل نحوه تعامل گرمای شعله با مواد استفاده می‌کند - آتش را رام کرده و به کاربران اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های مواد پردازش شده را به خوبی تنظیم کنند.

«مارتین توو» (Martin Thuo)، مجری این تحقیقات و استاد علم و مهندسی مواد در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، می‌گوید: آتش یک ابزار مهندسی باارزش است – به هر حال، کوره بلند فقط یک آتش سوزی شدید است. با این حال، هنگامی که آتش را به راه می‌اندازید، اغلب بر نحوه رفتار آن کنترل کمی وجود دارد.

وی توضیح داد: روش ما، که آن را تخریب حرارتی معکوس (ITD) می‌نامیم، از یک لایه نازک در مقیاس نانو بر روی یک ماده مورد نظر استفاده می‌کند. لایه نازک در پاسخ به گرمای آتش تغییر می‌کند و میزان اکسیژنی که می‌تواند به مواد دسترسی پیدا کند را تنظیم می‌کند. این بدان معناست که می‌توان سرعت گرم شدن مواد را کنترل کرد که به نوبه خود بر واکنش‌های شیمیایی در حال وقوع در ماده تأثیر می‌گذارد. اساساً، میتوان نحوه و مکان تغییر مواد را به خوبی تنظیم کرد.

در مورد نحوه عملکرد ITD باید گفت شما با مواد مورد نظر خود مانند الیاف سلولز شروع می‌کنید. سپس آن فیبر با یک لایه مولکول به ضخامت نانومتر پوشیده می‌شود. سپس الیاف پوشش داده شده در معرض شعله شدید قرار می‌گیرند. 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 که می‌تواند به الیاف دسترسی پیدا کند را محدود می‌کند و از آتش گرفتن سلولز جلوگیری می‌کند. در عوض، الیاف دود می‌شوند - به آرامی از داخل به بیرون می‌سوزند.

توو می‌گوید: بدون لایه محافظ ITD، اِعمال شعله روی الیاف سلولزی منجر به خاکسترشدن آن می‌شود؛ اما با لایه محافظ ITD در نهایت لوله‌های کربنی ایجاد می‌شود.

به گفته وی می‌توان لایه محافظ را به منظور تنظیم میزان اکسیژنی که به ماده مورد نظر می‌رسد، مهندسی کرد. همچنین امکان مهندسی مواد مورد نظر به منظور تولید ویژگی‌های مطلوب وجود دارد.

محققان با استفاده از الیاف سلولزی برای تولید لوله‌های کربنی در مقیاس کوچک، اثبات مفهومی را انجام دادند.

دانشمندان می‌توانند ضخامت دیواره‌های لوله کربنی را با کنترل اندازه الیاف سلولزی که با آن شروع کردند، کنترل کنند. آن‌ها این کار را با افزودن نمک‌های مختلف به الیاف که سرعت سوختن را بیشتر کنترل می‌کند و همچنین با تغییر میزان اکسیژنی که از لایه محافظ عبور می‌کند، انجام می‌دهند.