Revoluce v ochraně proti ohni: čeští vědci vyvinuli nehořlavý grafenový aerogel
01. 12. 2022
Uhlíkový materiál odolávající plamenům s teplotou až 1500 °C se podařilo vytvořit multioborovému týmu fyziků a chemiků z Fyzikálního ústavu AV ČR. Na odstínění takto vysoké teploty přitom stačí pouhý milimetr materiálu. Nový porézní grafenový aerogel dočasně odolá různým typům vysokoteplotních plamenů, včetně velmi reaktivního vodíkového.
Vědcům se vytvořením speciální 3D porézní struktury povedlo zvýšit teplotní odolnost grafenu o neuvěřitelných 1000 °C. Atomárně tenké vrstvy uhlíku, tedy grafen, vykazují běžně teplotní stabilitu v plamenu do 550 °C, což je pro srovnání přibližně teplota zapálení většiny dnes užívaných plastů, která se pohybuje mezi 400 až 500 °C.
„V běžném životě se setkáváme s ochrannými nátěry a chemickými úpravami, které zpomalují hoření, avšak poskytují pouze dočasnou prevenci, protože nemění přirozené vlastnosti ochraňovaného materiálu. Vyvinutý materiál má nízkou tepelnou vodivost, a navíc je velmi lehký a pružný. Materiálů, které vydrží obdobně vysokou teplotu při požáru, existuje velmi málo,“ vysvětluje přednosti nového aerogelu Jiří Červenka, vedoucí vědeckého týmu Fyzikálního ústavu AV ČR.
Pevný jako ocel, pružný jako tkanina
Předností nového materiálu je jeho velmi nízká hustota – ta je pouze šestkrát vyšší než hustota vzduchu. Vyniká ale zároveň i pevností, srovnatelnou s ocelí, a také pružností. Díky své unikátní porézní buněčné struktuře, která se skládá z navzájem propojených grafenových rovin, může být aerogel stlačen na více než 90 % původní velikosti.
„Materiál by mělo být možné použít i jako vrchní vrstvu nehořlavého obleku, který by odolal vysoké teplotě a zároveň by výborně tepelně izoloval. Podobného principu, který byl použit u grafenového aerogelu, bude nejspíš možné využít i u jiných materiálů,“ vysvětluje spoluautor výzkumu Martin Šilhavík.
Vlastní odolnost materiálu proti ohni je založena na jeho samozhášecím mechanismu, který způsobuje zaplnění pórů aerogelu oxidem uhličitým. Právě jeho přítomnost v materiálu zabraňuje vznícení jednotlivých grafenových rovin. Tento princip je velmi podobný systému, na kterém fungují CO2 hasicí přístroje.
Hořlavost jednotlivých materiálů
materiál |
teplota vznícení |
dřevo |
max. 400 °C |
bavlna (jako oblečení) |
450 °C |
plast |
max. 500 °C |
sklo |
800 °C (teplota tavení) |
cihla |
1200 °C |
ocel |
1300 °C |
Zdroj: https://www.hzscr.cz/soubor/kniha-zpp-ptch-pdf.aspx
|
Kontakt:
Ing. Martin Šilhavík
Fyzikální ústav AV ČR
silhavik@fzu.cz
Publikace:
Martin Šilhavík, Prabhat Kumar, Zahid Ali Zafar, Robert Král, Petra Zemenová, Alexandra Falvey, Petr Jiříček, Jana Houdková, and Jiří Červenka, High-Temperature Fire Resistance and Self-Extinguishing Behavior of Cellular Graphene, ACS Nano 2022, https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09076
Přečtěte si také
- V Praze se otvírá high-tech centrum pro nová léčiva
- Větší, čistší a bez defektů. Vědci našli nový způsob vytváření 2D materiálů
- Nová metoda pro enzymovou syntézu potenciálních RNA léčiv
- Zvídavost vpřed! Zájemci se můžou hlásit na doprovodný program Veletrhu vědy
- O víkendu foťte rostliny i ptáky! Šest českých měst soutěží v největší výzvě
- Nový pohled do embryonálního vývoje a na protein CKD13
- Rizika reformy doktorského studia
- Dnes se schází Akademický sněm, nejvyšší orgán Akademie věd
- Candáti na Lipně bojují o přežití. Vědci budou kontrolovat jejich hnízda
- Vědci vyvinuli strategii, jak určit, zda bude nanoterapie účinná pro pacienta
Biologicko-ekologické vědy
Vědecká pracoviště
- Biologické centrum AV ČR
Botanický ústav AV ČR
Ústav výzkumu globální změny AV ČR
Ústav biologie obratlovců AV ČR
Výzkum v této oblasti je zaměřen na studium vztahů jak mezi organismy a prostředím, tak i mezi jednotlivými organismy; výsledky jsou využitelné v péči o životní prostředí. Studium zahrnuje terestrické, půdní a vodní ekosystémy a systémy parazit-hostitel. Výzkum je prováděn většinou na území ČR a přispívá tak k jejímu bio-ekologickému mapování. Dlouhodobá pozorování ve vybraných lokalitách se soustřeďují na typické ekosystémy studované z hlediska geobotaniky, hydrobiologie, entomologie, půdní biologie, chemie a mikrobiologie a na problematiku eutrofizace vybraných přehrad a jezer. V oblasti botaniky je studována taxonomie vyšších a nižších rostlin, zvláště řas, s využitím v oblasti ochrany přírody. Studium molekulární a buněčné biologie, genetiky, fyziologie a patogenů rostlin a hmyzu je předpokladem pro rozvoj rostlinných biotechnologií v zemědělství a využití hmyzu jako modelu pro obecně biologický výzkum. Botanický ústav též pečuje o Průhonický park, který je významnou součástí českého přírodního a kulturního dědictví. Sekce zahrnuje 4 vědecké ústavy s přibližně 1030 zaměstnanci, z nichž je asi 380 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.