کاربرد نانو تکنولوژی در تجهیزات آتشنشانی

از آنجایی که وقوع آتش‌سوزی‌ها هنوز در بسیاری از کشورهای جهان کاهش قابل‌توجهی را تجربه نکرده است. نیاز روزافزونی برای محققان برای بررسی و توسعه راه‌های بهبود یافته برای مقابله با این موضوع جهانی وجود دارد. ما در این مقاله به بررسی موارد استفاده و کاربرد نانو تکنولوژی در تجهیزات آتشنشانی می پردازیم.

لزوم بر بهبود مواد ضد حریق

در سال 2018، ادارات آتشنشانی در ایالات متحده آمریکا بیش از 1.3 میلیون آتش سوزی را گزارش دادند که منجر به 3655 کشته، 15200 مجروح و خسارت تجمعی حدود 25.6 میلیارد دلار شد.

در همان سال، ایالات متحده در مجموع 50083 آتش سوزی جنگلی را تجربه کرد که بیش از 8500 مورد آن تنها در ایالت کالیفرنیا رخ داده است. از آنجایی که ایالات متحده یک کشور صنعتی است که مدعی است علاقه زیادی به ایمنی شهروندان خود دارد، این اعداد شگفت‌انگیز هستند.

گرافن: ماده شگفت انگیز

در حالی که به نظر می رسد تعداد دقیق آتش سوزی ها و جراحات و تلفات غیرنظامی مربوطه در ایالات متحده در چند سال گذشته اندکی کاهش یافته است. این تعداد هنوز بسیار بالا و غیرقابل قبول در نظر گرفته می شود. برای حل این نگرانی ها، چندین محقق از فناوری نانو برای ایجاد راه حل های نوآورانه حفاظت در برابر آتش استفاده کرده اند.

نانو منسوجات به عنوان مواد مقاوم در برابر شعله

از آنجایی که منسوجات یکی از رایج‌ترین منابع اشتعال در حوادث آتش‌سوزی هستند. بسیاری از منسوجات مقاوم در برابر شعله در لباس‌های محافظ آتشنشان ها، فرش ها، مبلمان، پرده‌ها، کف‌پوش‌ها، لباس خواب، پتو ها، تشک‌ها و سایر مواد منسوجات صنعتی و چوب گنجانده شده‌اند. در واقع این منسوجات به عنوان پرمصرف ترین ها، دارای ترکیبات نانوکامپوزیت پلیمری، نانورس های مونتوموریلونیت (MMT) و در نتیجه خواص مکانیکی، حرارتی و غیر قابل اشتعال می باشند.

نانو لوله‌های کربنی (CNT)، که از یک شبکه شش ضلعی برای اتم‌های کربن پیوند خورده تشکیل شده‌اند. قابلیت‌ غیر قابل اشتعال بودن را نیز نشان داده‌اند. به طور خاص، لایه‌های زغال سنگ در سیستم‌های پلیمری/CNT به عنوان یک عایق گرما و حرارت عمل می‌کنند و اشتعال پذیری زیر لایه‌های آنها را کاهش می‌دهند.

Nanocyl که یک شرکت بلژیکی است که بر روی تولید نانو لوله‌های کربنی چند جداره صنعتی (MWCNT) تمرکز کرده است. یکی ازاولین تولیدکنندگان پوشش‌های نساجی غیر قابل اشتعال MWCNT می باشد. محصول این شرکت که با نام THERMOCYLTM شناخته می شود. خاصیت های بسیار استثنایی را برای ایجاد ویژگی مقاومت در برابر شعله، برای طیف وسیعی از مواد فراتر از منسوجات، که برخی از آنها شامل شیشه، فلزات، ترموپلاستیک ها و چوب هستند، ارائه می دهد.

سیستم های اطفاء حریق و نانو تکنولوژی

با استفاده از نانو تکنولوژی در تجهیزات آتشنشانی اطفاء حریق مانند کپسول‌های آتشنشانی و سیستم‌های مهار آتش مربوطه، می‌توان آتش را بسیار مؤثرتر خاموش کرد.

یکی از روش‌هایی که در این نوع سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. از طریق توسعه مخلوط‌ ها و ترکیبات شیمیایی مختلف است. که می‌تواند به مواد در حال سوختن اجازه دهد تا به اندازه نانوذرات تجزیه شوند. سپس کیفیت مخلوط اطفاء حریق افزایش می یابد و اثربخشی و قدرت آن را در مبارزه با آتش افزایش می دهد.

Xi’an WestPeace Fire Technology Co., Ltd یک شرکت مستقر در چین است که چندین کپسول آتشنشانی قابل حمل و مبتنی بر فناوری نانو را توسعه داده است. اصل اولیه کار در پشت فناوری اطفاء حریق نانوذرات آنها، کاهش اندازه ذرات خاموش کننده شیمیایی خشک به حدود 0.1 میکرومتر (μm) است. در واقع این کار باعث می شود تا ذرات بصورت مستقیم وارد آتش شده و میزان مواد باقی مانده پس از از بین رفتن آتش را به حداقل می رساند. علاوه بر کوچکترین کپسول آتشنشانی قابل حمل موجود در بازار، Westpeace بیان می کند که خط تولید محصولات آتشنشانی نانو ذرات، سازگار با محیط زیست بوده و غیر سمی است.

مصالح ساختمانی و نانو تکنولوژی

با افزایش جمعیت جهان، تولیدکنندگان با توسعه مواد سبک تر، قوی تر و بادوام تر که می توانند با سرعت بیشتری تولید شوند. تقاضای فزاینده برای مصالح ساختمانی را برآورده کرده اند. متأسفانه اکثریت سازندگان، اشتعال پذیری مواد خود را در نظر نگرفته اند. اگر در تلاش برای رسیدگی به این نگرانی‌ها و افزایش سطح ایمنی می باشید. به هنگام آتش‌سوزی، بدون به خطر انداختن توانایی برآوردن نیازهای تولید، چندین فناوری نانو مختلف در مصالح ساختمانی جدید مورد استفاده قرار گرفته اند.

در حالی که پوشش‌های سنتی سازه‌های چوبی شامل فسفات‌ها یا سولفات‌های آمونیوم، کلریدها، اکسیدها، بورات‌ها یا سایر نمک‌های فلزی است. بسیاری از این مواد شیمیایی و محصولات احتراق آن‌ها بسیار سمی هستند.

تلاش‌های زیادی برای بررسی این موضوع صورت گرفته است که چگونه جایگزینی این مواد شیمیایی خشن با نانوپوشش‌ها می‌تواند حفاظت در برابر آتش را افزایش دهد. میزان سمی بودن محیط را برای کارگران ساختمانی کاهش دهد و مقاومت در برابر بیولیون‌ها را بهبود بخشد.

برخی از نانوپوشش‌هایی که نتایج امیدوارکننده‌ای را برای حفاظت در برابر آتش نشان داده‌اند. شامل نانورس‌های سیلیکات لایه‌ای مانند MMT، نانوذرات بازدارنده‌های شعله معدنی، نانوذرات سیلیکا و MWCNT ها هستند.

محدودیت های بالقوه نانو تکنولوژی در تجهیزات آتشنشانی

جدایی از نانو منسوجات و سیستم‌های جدید اطفاء حریق، کاربرد نانوتکنولوژی در سیستم‌های ایمنی آتش‌سوزی را می‌توان در پوشش‌های پلیمری مورد استفاده در صنعت خودروسازی، تشک‌های نانو الیاف و هیدروژل‌ ها نیز یافت.

علیرغم پتانسیل این مواد، نگرانی های پیرامون نانو سمیتی بالقوه این مواد، ادغام آنها با محصولات تجاری بیشتر را محدود کرده است. افزایش استفاده از نانوذرات توانایی آنها را در تغییرعملکرد طبیعی ایمنی آشکار کرده است. که این امر منجر به التهاب در اندام های مختلف مانند کبد، کلیه و ریه ها می شود. خوشبختانه، بسیاری از مطالعات در حوزه سموم که این اطلاعات را ارائه کرده اند. به محققان این امکان را داده است که غلظت ها، اندازه ها و الگوهای سطحی نانوذرات را برای کاربردهای خاص خود تعیین کنند.