Dostrajanie pożarów: materiał w nanoskali opracowany przez badaczy ze stanu NC zapewnia kontrolę
Data opublikowania:Płomienie wysokotemperaturowe są wykorzystywane do tworzenia szerokiej gamy materiałów, ale gdy już rozpali się ogień, kontrolowanie interakcji płomienia z materiałem, który próbujesz przetworzyć, może być trudne. Naukowcy opracowali obecnie technikę, która wykorzystuje cienką jak cząsteczka warstwę ochronną, aby kontrolować sposób, w jaki ciepło płomienia oddziałuje z materiałem, ujarzmiając ogień i umożliwiając użytkownikom precyzyjne dostrojenie właściwości przetwarzanego materiału.
„Ogień to cenne narzędzie inżynieryjne – w końcu wielki piec to tylko intensywny ogień” – mówi Martin Thuo, autor korespondencyjny artykułu na temat tej pracy oraz profesor nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „Jednak gdy już rozpalisz ogień, często masz niewielką kontrolę nad jego zachowaniem.
„Nasza technika, którą nazywamy odwrotną degradacją termiczną (ITD), wykorzystuje cienką warstwę w skali nano na docelowym materiale. Cienka warstwa zmienia się w odpowiedzi na ciepło ognia i reguluje ilość tlenu docierającego do materiału. Oznacza to, że możemy kontrolować szybkość nagrzewania się materiału, co z kolei wpływa na reakcje chemiczne zachodzące w materiale. Zasadniczo możemy precyzyjnie dostroić, jak i gdzie ogień zmienia materiał”.
Oto jak działa ITD. Zaczynasz od materiału docelowego, takiego jak włókno celulozowe. Włókno to jest następnie pokrywane warstwą cząsteczek o grubości nanometra. Powlekane włókna poddaje się następnie działaniu intensywnego płomienia. Zewnętrzna powierzchnia cząsteczek łatwo się pali, podnosząc temperaturę w bezpośrednim sąsiedztwie. Jednak wewnętrzna powierzchnia powłoki molekularnej zmienia się chemicznie, tworząc jeszcze cieńszą warstwę szkła wokół włókien celulozowych. Szkło to ogranicza ilość tlenu docierającego do włókien, zapobiegając zapaleniu się celulozy. Zamiast tego włókna się tlą – spalają się powoli, od środka na zewnątrz.
„Bez warstwy ochronnej ITD opalanie włókien celulozowych płomieniem spowodowałoby jedynie powstanie popiołu” – mówi Thuo. „Dzięki warstwie ochronnej ITD otrzymujesz dętki z włókna węglowego.
„Możemy zaprojektować warstwę ochronną tak, aby dostosować ilość tlenu docierającą do materiału docelowego. Możemy także zaprojektować materiał docelowy tak, aby uzyskać pożądane właściwości”.
Naukowcy przeprowadzili demonstracje słuszności koncepcji z włóknami celulozowymi w celu wyprodukowania rur węglowych w mikroskali.
Naukowcy mogli kontrolować grubość ścianek rur węglowych, kontrolując rozmiar włókien celulozowych, od których zaczęli; poprzez wprowadzenie do włókien różnych soli (co dodatkowo kontroluje szybkość spalania); oraz poprzez zmianę ilości tlenu przechodzącego przez warstwę ochronną.
„Mamy już na myśli kilka zastosowań, którymi zajmiemy się w przyszłych badaniach” – mówi Thuo. „Jesteśmy również otwarci na współpracę z sektorem prywatnym w celu zbadania różnych praktycznych zastosowań, takich jak opracowanie konstrukcyjnych rur węglowych do separacji oleju od wody – które byłyby przydatne zarówno w zastosowaniach przemysłowych, jak i w rekultywacji środowiska”.
Papier, "Piroliza ukierunkowana przestrzennie poprzez termicznie morfujące addukty powierzchniowe” – ukazuje się w czasopiśmie Angewandte Chemie. Współautorami są dr Dhanush Jamadgni i Alana Pauls. studenci stanu NC; Julia Chang i Andrew Martin, badacze ze stopniem doktora w NC State; Chuanshen Du, Paul Gregory, Rick Dorn i Aaron Rossini z Iowa State University; i E. Johan Foster z Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej.
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire