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纳米技术对消防技术的影响

信息来源:paintkey.com  时间:2009-08-11  浏览次数:185

  纳米是一种长度单位,1纳米等于十亿分之一米,大约三、四个原子的宽度。纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。作为21世纪新兴的一门前沿科学技术,它将对诸多技术领域产生巨大的影响。消防技术作为一门多学科融合的边缘学科,纳米技术将从不同方面对消防技术带来深远的革命性的变化。
  纳米粒子也叫超微颗粒材料。一般是指尺寸在1~100nm间的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,它将显示出许多既不同于宏观世界又不同于微观世界的奇异特性。比如水和油是不相溶的,无论宏观尺度的水还是微观尺度的水都和油是不相溶的。但是到了纳米尺度,它就能够相溶,并且相溶得很好,成了热力学的稳定相。无论温度变化、振动还是添加化学原料,它都能够稳定。

  由纳米粒子组成的材料称为纳米材料,是目前材料研究的一个热点:它从根本上改变了材料的结构,为克服材料学领域中长期未能解决的问题开辟了新的途径。比如:运用纳米技术可以使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。根据纳米材料的光学特征,使雷达的分辨率能力提高几百倍;将纳米材料加入化妆品中,则可以有效遮蔽紫外线;在医学上用纳米微粒进行细胞分离,并设

  想用纳米技术制造出分子机器人,在血液中循环,对人体的各个部位进行检查、诊断并实施特殊治疗。此外,纳米技术在微电子学、生物工程和分子组装等方面都有着广泛的应用前景。

  纳米技术作为一种极具市场应用前景的新兴科学技术,同样将对消防技术产生极大的影响力。

  一、纳米涂层将提高涂层的耐火性能

  将纳米材料与表面涂层技术结合,使涂层技术得到了很大的提高。

  根据纳米涂层的组成将其分为三类:完全为一种纳米材料体系、两种(或以上)纳米材料构成的复合体系、添加纳米材料的复合体系。

  完全的纳米材料涂层离商业化尚有相当一段距离,只有在军事上有所应用。但借助于传统的涂层技术,针对涂层的性能,添加纳米材料,都可以获得纳米复合体系涂层。

  在涂层中引用纳米材料,可以显著提高材料的耐高温、抗氧化性。在玻璃等产品表面上涂层纳米材料涂层,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热作用。在涂料中加入纳米材料,能够阻燃、隔热,起到防火作用。

  二、纳米技术将大大改进阻燃材料的性能

  现有的阻燃技术一般是采用无机或有机阻燃剂对材料进行处理,来提高材料的阻燃性能。但经过无机或有机阻燃剂处理的阻燃材料在遇火后往往是放出大量的有毒体,产生大量烟雾,有时还会放出大量的腐蚀物质;如果阻燃剂添加量过大,会影响材料的机械性能。采用纳米技术对材料进行阻燃处理,在提高材料的耐火能力的同时没有污染并且可以改善材料的性能。

  纳米复合材料是将材料中的一个或多个组分米尺寸或分子水平均匀地分散在另一组分的基体中。因其存在超细的尺寸,所以各种类型的纳米复合材料的性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大改善。中国科技大学火灾国家重点实验室研究人员从分子设计角度出发,通过无机或有机化合物修饰粘土。用“层离纳米复合材料”和“嵌入纳米复合材料”方法,合理地将聚合物和无机物结合在一起。新的纳米复合物阻燃材料具有清洁、高效的特点,有效地克服现有阻燃材料的不足之处。

  三、纳米技术能消除静电带来的火灾危险

  高分子材料具有优良的电绝缘性能,因而广泛地应用于工农业生产和生活的各个领域。但是,由于一般高分子材料的高电阻率,其制品受物流的磨擦、撞击,易产生静电。静电聚焦到一定程度会引起放电,甚至会引起击穿或火灾。因此,防止产生静电和消静电就是一件十分重要的事情。如果能在高分子材料中掺人导微粒,使之具备一定的传导电流和消散电荷的能力,通过接地可消除静电引起的聚积电荷,从而消除和防止静电带来的危害。

  常用的导电粉末有金属系粉末(如铜粉、银粉等)、碳系粉末(如碳黑、石墨等)。它们的电阻非常低、性能优良。但它们的缺点是价格昂贵,对无线电波有屏蔽干扰作用并且颜色深,使其在某些领域不能选用。因此浅色导电材料纳米氧化钛(TiO2)等被广泛地用于电子工业和航空航天工业,用于电子原件、电器表面、飞机、导弹、卫星的非金属制件表面以及印刷电路、静电复印、导电纸等方面,消除和防止静电带来的危害。

  四、纳米材料的光电效应对消防报警技术的影响

  由于超微颗粒的小尺寸效应,纳米材料涂层具有广泛变化的光学性能。它的光学透射谱可从紫外波段一直延伸到远红外波段。纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光,改变纳米涂层的组成和特性,得到光致变色,温致变色,电致变色等效应。将电缆、电气用品和室内装修材料进行纳米涂层处理,当温度超过一定值或有漏电、短路现象时,发生颜色变化,使火灾探测器更敏感地捕捉到火灾的初始信号,从而极大降低火灾的危险。

  在疏散通道、安全门的各种标示牌表面施以纳米材料涂层,使之成为发光、反光的标示牌,即使在发生火灾备用电力不足的情况下,人们仍然可以在紧急疏散时立即分辨出逃生出口。

  气体传感器和湿度传感器是纳米微粒最具前途的应用领域之一。如果将气敏、光敏材料做成纳米级,由于其高的表面比性,对光或气的敏感度增加。目前已有科研机构利用超细纳米氧化钛(TiO2)制成了湿度传感器。纳米微粒的这一特性对提高可燃气体探测器的敏感性能有极好的意义。同时根据纳米材料的光电效应,同样可以提高传统感光式紫外火灾探测器和红外火灾探测器的性能。

  五、纳米塑料具有优良的耐热性和耐腐蚀性等特点

  纳米用于塑料产业,生产出的纳米塑料具有一般工程塑料所不具备的优异性能。纳米塑料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来。如普通尼龙6虽然有良好的物理性能,但是吸水率高,在强外力和加热条件下,其刚性和耐热性不佳,制品的稳定性能较差,在许多领域的应用受到限制。纳米尼龙6的热变形温度、分解温度、着火温度比普通尼龙6均有大辐升高。应用领域极大地超过了普通尼龙6的范围,尤其是制造汽车发动机内等有耐热性要求的零件。用纳米聚乙烯合金材料生产的制品具有优良的耐磨、耐腐蚀、高强度、无毒性能。易于运输、安装、保养,并具有优良的抗震性能,性能价格比优于铁管、铝管、铝塑管,是各种煤气管道、工业液体输送管道理想的制备材料。采用纳米塑料存储、运输易燃、易爆化学危险物品可极大地减少储罐、管道腐蚀渗漏、受压断裂带来的火灾危险性

  六、其它方面

  纳米氧化钛涂层在水和空气的体系中,经光照能产生杀菌和消除油污的作用。如果在火场照明灯具上涂以纳米氧化钛涂层,可以分解照明灯表面的烟尘、油污所造成的污染,达到照明灯自洁的效果,提高火场照明灯的功效。将纳米材料作用于消防队员的作战服中,不仅可以提高作战服的阻燃、耐火性能,亦可以减少消防队员在灭火战斗中所受的污染,加强消防队员的自身保护。

  总之,纳米技术作为一种极具市场潜力的新兴科学技术,其重要性毋庸置疑,许多发达国家投入了大量的资金进行研究。正如钱学森院士所预言的那样:“纳米左右和纳米以下的结构是下阶段科技发展的特点,会是下一次技术革命,从而将是21世纪的又一次产业革命。”随着纳米技术的发展,在消防领域应用的进一步深入,将带给消防技术从理念到技术手段革命性的变化。
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