З розвитком технологій безліч використовуваних людиною пристроїв «порозумнішала»: телефони, годинники, окуляри, кросівки та навіть холодильники. Китайські вчені вирішили піти ще далі і працюють над створенням «розумних» шпалер. Деталі – в адаптованому перекладі статті з ресурсу Science News for Students.
Багатофункціональність
Здається, ми входимо в епоху, коли однофункціональність певного виробу прирікає його на вірну смерть. Що більш функціональною є певна річ, то більше шансів вона має продовжити своє існування у житті сучасної людини. Шпалери можуть змінити вигляд кімнати так, як це не під силу фарбі, але цього вже недостатньо. Новий тип покриття для стін пропонує додаткові «послуги» – виконує функцію цілодобової протипожежної сигналізації. Завдяки вбудованій системі нанодротів при нагріванні вмикаються попереджувальні вогні та звукові сигнали тривоги. Китайські розробники сподіваються, що така додаткова функціональність продукції забезпечить її популярність серед власників помешкань. Ніби цього замало, дослідники наголошують ще на одній перевазі – матеріал нетоксичний.
Як це працює
Ін-Цзе Чжу (Ying-Jie Zhu) працює у Шанхайському інституті кераміки при Китайській академії наук. Фахівець очолив команду розробників нових технологій. Сам Чжу спеціалізується на матеріалах з вбудованими наночастинками і, власне, розробляє їх. Висота, ширина та довжина деяких частинок – менше ніж 100 нанометрів, тобто менше однієї тисячної діаметра людської волосини.
Звичайний папір, зокрема шпалери, містить целюлозу, що є легкозаймистою речовиною. Команда Чжу розробила вогнетривке настінне покриття, яке спалахуватиме тільки після тривалого нагрівання або під дією дуже високих температур. Секретом такої функціональності стала мережа нанодротів всередині паперу. Нанодроти виготовлені з гідроксиапатиту, мінералу, що зустрічається в кістках і зубах. Науковці обрали цей мінерал за його гнучкість та вогнестійкість. Для виготовлення крихітних дротів до суміші з води, метанолу та олеїнової кислоти додали ще три хімічні компоненти – хлорид кальцію, мононатрійфосфат та гідроксид натрію. Суміш нагрівали протягом доби. Товщина нанодротів становить приблизно 10 нанометрів, довжина – не менше ніж 100 мікрометрів (це приблизно товщина аркуша паперу для принтера). Ці дроти природно сплітаються в одне ціле. Дослідники додали скляні часточки до такого сплетіння з метою його посилення. Для виготовлення паперу вчені пропускають рідину, що містить нанодроти, через машину для виготовлення паперу. Як і звичайні шпалери, кінцевий продукт – гладкий і гнучкий. І хоча нині ці шпалери білого кольору, їх можна фарбувати у різні кольори або друкувати на них привабливі візерунки.
Ткана мережа дротів пов’язана з чутливим до температури датчиком на задній поверхні паперу. Датчик виготовлено з оксиду графену. При кімнатній температурі цей вуглецевий матеріал є електричним ізолятором, тобто не проводить електричний струм, але коли температура піднімається вище 129°C, структура цього матеріалу змінюється. Він починає проводити електричний струм. І коли це стається, вмикається зумер та лампа оповіщення про пожежу (див. відео).
Щоб встановити цей датчик на шпалери, вчені змішали оксид графену з водою та створили чорнило. Потім вони надрукували його на задній панелі шпалер. Щоб забезпечити чутливість датчика та запобігти його пошкодженню, команда Чжу покриває датчик полідопаміном, хімічною речовиною, яка захищає його від негайного руйнування у вогні. Двох секунд дії високої температури достатньо для спрацювання датчика, а завдяки обробці полідопаміном датчик може витримувати полум’я понад п’ять хвилин.
Виклики
Кунфенг Ченг (Qunfeng Cheng), учений наноматеріаліст з університету Бейган у Пекіні, Китай, який не брав участі у новому дослідженні, вважає, що головним викликом для виведення нових шпалер на ринок наразі є організація процесу недорогого масового виробництва. Нині вчені створили нанодроти, яких вистачає для покриття п’яти квадратних метрів паперу. Цього ледве вистачить, щоб обклеїти одну стіну. Щоб забезпечити привабливість нової продукції для домашнього використання, необхідно знайти дешевий спосіб масового виготовлення. Чжу говорить, що його група веде перемовини про співпрацю з кількома компаніями.
«Розумні шпалери, які виконують функцію протипожежної сигналізації, будуть корисними для суспільної безпеки», – сподівається Чжу. За його словами, їх широке застосування сприятиме збереженню людського життя та майна, і дозволить заощадити на встановленні традиційної системи протипожежної сигналізації.
БІЛЬШЕ ПО ТЕМІ:
Джерело: Science News for Students, переклад підготувала Ірина Гоял, спеціально для «Блог Imena.UA»