Учени създадоха сензори за безопасност, които издържат на интензивна топлина и тежки условия

Представете си устройство, което може да издържи дори на най-интензивните пожари, така че да може автоматично да сигнализира, когато пожарникарят е обездвижен на работното място.

Изследователите от UCLA създадоха първия пожарозащитен, самозагасващ сензор за движение и генератор на енергия. Устройството може да бъде вградено в обувки или дрехи, носени от пожарникари, нефтени сондари или други хора, чиято работа е свързана с екстремни температури или тежки условия. Изследването е ръководено от Ричард Канер, д-р Мюн Ки Хонг, преподавател в ИК на материалите на UCLA и член на Калифорнийския институт по наносистемите в Калифорнийския университет.

FRTENG

Сензорът със самостоятелно задвижване е тип трибоелектричен наногенератор. Трибоелектричното зареждане генерира енергия от обмяната на електрони, когато един материал се трие в друг – в този случай самото устройство, облеклото или кожата на ползвателя. Явлението е същото като това, което създава токов удар, когато докоснете дръжката на вратата след като триете краката си върху килим.

Устройството, което учените нарекоха FRTENG (огнезащитен трибоелектричен наногенератор), може да открие, когато носещите го хора са в опасност или са с увреждания, защото усеща разликата между ходене, бягане, скачане и покой.

“Различните движения създават електрически сигнали с различни напрежения и токове”, посочва Махер Ел-Кади, помощник-изследовател в UCLA и съавтор на изследването. “Тези различни течения ни позволяват да определим дали и как някой се движи – така устройството може да бъде интегрирано в обувките на пожарникаря и да изпрати сигнал за помощ безжично в случай на извънредна ситуация.”

ИНОВАТИВЕН МЕТОД

Трибоелектричните наногенератори вече съществуват, но тъй като те използват материали като запалими пластмаси и текстил, сегашните модели не могат да издържат на пожар или екстремни температури. Канер, който също е изтъкнат професор по химия и биохимия, както и на материалознанието и инженерството, обя8снява, че да преодолее това препятствие, новото устройство е направено от въглероден аерогел, изобретен от изследователите. Аерогелът е изключително лек – 95% от обема е въздух – и е стабилен при високи температури, което го прави идеален за използване в пожарозащитно устройство.

“Въглеродният въздух генерира електричество ефективно и съдържа материали, които са екологично чисти”, споделя Ел-Кади. Тъй като аерогелът е толкова лек, ползвателят няма дори да усети устройството.

За да се образува аерогел, са смесени два химикали, формалдехид и резорцинол, с полиакрилонитрилни влакна и графенови оксидни листове, които са с дебелина в нанометри. Нанометърът е еквивалентен на една милиардна от метър, или около 1/75000-та ширина на човешко косъм. Нано-влакната и нанопластовете осигуряват подкрепа за ултра лекия материал. След това гелът е изсушен, за да се премахне съдържанието на течност, загрят в малка камера, изпълнена с водород, получавайки се издръжлив, но лек въглероден нанокомпозит.

“Използвайки трибоелектрично зареждане, въглеродният аерогел функционира като сензор за движение и генератор на енергия”, казва Абделсалам Ахмед, първият автор на изследването, гостуващ учен в университета Макмастър. “За разлика от традиционните сензори, които разчитат на батерии за тяхната мощност, новото устройство може да работи безкрайно, без да се нуждае от никакви източници на енергия.”

НЕЗАПАЛИМОСТ

За да тестват огнеустойчивостта на устройството, учените го излагат на пламък за 90 секунди. Освен, че огънят не се е разпространил се е установило, че устройството го самозагасява. И дори при 200 градуса по Целзий, структурата на умната джаджа е запазена и нейната електрическа мощност остава стабилна. При тази температура повечето конвенционални трибоелектрически устройства губят производителност или дори изгарят.

В КОСМОСА

Новото устройство може да бъде полезно и за космически мисии – за проследяване на жизнените показатели на астронавтите или за генериране на аварийна енергия. Екстремните температури често възпрепятстват използването на други електронни устройства по време на космически полети.