محققان یک “کاغذ دیواری اعلام حریق” ساخته شده از مواد سازگار با محیط زیست و غیرقابل اشتعال – از جمله برخی از مواد موجود در استخوان، دندان و هورمون ها – طراحی کرده اند که می تواند آتش را تشخیص دهد، از گسترش آتش جلوگیری کند و زمانی که آتش سوزی رخ می دهد. هنگامی که کاغذ دیواری در معرض گرما قرار می گیرد، از حالت عایق الکتریکی به حالت رسانای الکتریکی تبدیل می شود و باعث می شود که به طور خودکار زنگ هشداری را ایجاد کند که صداهای بلند و چراغ های هشدار تولید می کند.
محققان به سرپرستی پروفسور Ying-Jie Zhu در موسسه سرامیک شانگهای، آکادمی علوم چین، مقاله ای را در مورد کاغذ دیواری اعلام حریق در شماره اخیر ACS Nano منتشر کرده اند.
بیشتر کاغذ دیواری های تجاری و کاغذ کرافت بزرگ امروزی از مواد بسیار قابل اشتعال مانند الیاف سلولز گیاهی یا پلیمرهای مصنوعی ساخته می شوند. در نتیجه، هر زمان که آتش سوزی رخ می دهد، کاغذ دیواری اغلب باعث گسترش آتش می شود.
ژو به Phys.org گفت: “در مقایسه با کاغذ دیواری تجاری قابل اشتعال، کاغذ دیواری مقاوم در برابر آتش به دلیل عدم اشتعال عالی، مقاومت در برابر دمای بالا و عملکرد خودکار اعلام حریق، برتر است.” کاغذ دیواری ضد حریق دارای رنگ سفید، استحکام مکانیکی و انعطاف پذیری بالا است، می توان آن را به اشکال مختلف پردازش کرد، با رنگ های مختلف رنگ آمیزی کرد و با چاپگر تجاری چاپ کرد. بنابراین کاغذ دیواری ضد حریق اعلام حریق کاربردهای امیدوارکننده ای دارد. در دکوراسیون داخلی با ایمنی بالا برای نجات جان انسان ها و کاهش تلفات اموال در یک فاجعه آتش سوزی.”
کاغذ دیواری جدید بر پایه هیدروکسی آپاتیت است که جزء معدنی اولیه استخوان و دندان است. اگرچه هیدروکسی آپاتیت به طور معمول شکننده و انعطاف ناپذیر است، اما در کار قبلی محققان دریافتند که تشکیل نانوسیم های فوق بلند ساخته شده از هیدروکسی آپاتیت به مواد انعطاف پذیری بالایی مناسب برای ساخت کاغذ دیواری می دهد.
به منظور تبدیل کاغذ دیواری غیرقابل اشتعال به یک “مواد هوشمند” که قادر به به صدا درآوردن خودکار زنگ هشدار در پاسخ به آتش سوزی است، محققان یک حسگر حرارتی مبتنی بر جوهر را روی کاغذ دیواری قرار دادند.
سنسور حساس به حرارت بر روی سطح کاغذ دیواری و کاغذ کرافت روغنی با فرآیند ریخته گری ساده با استفاده از جوهر حاوی اکسید گرافن ساخته می شود. سنسور کوچک در پشت کاغذ دیواری مقاوم در برابر آتش قرار می گیرد تا از دید خارج شود و توسط کاغذ دیواری نسوز محافظت شود.
این حسگر عمدتاً از اکسید گرافن تشکیل شده است که در دمای اتاق عایق الکتریکی است. با این حال، هنگامی که در معرض گرما قرار می‌گیرند، گروه‌های حاوی اکسیژن حذف می‌شوند و باعث می‌شود که مواد رسانایی بالایی داشته باشند. سنسور به زنگ هشدار متصل است، بنابراین هنگامی که آتش سوزی رخ می دهد و سنسور شروع به هدایت الکتریکی می کند، باعث می شود که زنگ هشدار خاموش شود.
در ابتدا، یکی از مشکلات حسگر اکسید گرافن این بود که خیلی سریع می سوخت، به طوری که زنگ هشدار تنها حدود سه ثانیه ادامه داشت. برای بهبود این امر، محققان اکسید گرافن را با پلی دوپامین اصلاح کردند – ماده ای مبتنی بر هورمون و انتقال دهنده عصبی دوپامین که در موجودات زنده یافت می شود. اکسید گرافن اصلاح شده با پلی دوپامین نسبت به اکسید گرافن به خودی خود دمای پاسخگوی حرارتی بسیار پایین تری دارد، به این معنی که نه تنها به شلیک سریعتر (در حدود دو ثانیه) پاسخ می دهد، بلکه دارای زمان زنگ طولانی بیش از پنج دقیقه است.
در آینده، محققان قصد دارند تولید کاغذ دیواری و سرامیک طرح چوب دیوار را افزایش دهند و همچنین سایر کاربردهای این ماده جدید مقاوم در برابر آتش را بررسی کنند.
ژو گفت: «تولید انبوه نانوسیم‌های هیدروکسی آپاتیت فوق‌العاده به‌عنوان ماده خام برای کاغذ دیواری ضد حریق هوشمند اعلام حریق حیاتی است. “تا به امروز، ما به تولید مقیاس‌پذیر نانوسیم‌های هیدروکسی آپاتیت فوق‌العاده در اتوکلاو با حجم 100 لیتر در آزمایشگاه خود پی برده‌ایم. ما در تلاش هستیم تا فناوری تولید در مقیاس بزرگ کم‌هزینه و سازگار با محیط‌زیست را برای نانوسیم‌های هیدروکسی آپاتیت فوق‌طویل کشف کنیم. علاوه بر این، بسیاری از شرکت ها به نوع جدید کاغذ مقاوم در برابر آتش علاقه مند هستند و ما با برخی از شرکت ها برای تحقق تولید در مقیاس صنعتی در آینده همکاری خواهیم کرد.
ما همچنین در حال بررسی کاربردهای مختلف نوع جدید کاغذ مقاوم در برابر آتش بر اساس نانوسیم‌های هیدروکسی آپاتیت فوق‌العاده در زمینه‌های دیگر، مانند حفظ اسناد کاغذی مهم، انرژی، تصفیه هوا، تصفیه آب، حفاظت از محیط زیست، ضد جعل، انعطاف‌پذیری بوده‌ایم. الکترونیک و مصارف زیست پزشکی.”
