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
- 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
- Na opravu dlažby kostela na Zelené hoře použili vědci unikátní technologii
- Architekt a fotografie. Josefa Schulze ukáže nová výstava ve Window Gallery
- Česko má novou zbraň proti nebezpečným virům a infekcím
- 60 let v atmosféře – Ústav fyziky atmosféry AV ČR slaví narozeniny
- (Ne)zájem žáků o učitelskou profesi: mezinárodní srovnání
- Vědci řeší miliardy let starou záhadu regulace fotosyntézy u bakterií
Sociálně-ekonomické vědy
Vědecká pracoviště
- Knihovna AV ČR
Národohospodářský ústav AV ČR
Psychologický ústav AV ČR
Sociologický ústav AV ČR
Ústav státu a práva AV ČR
Česká společnost prochází od r. 1989 hlubokou a mnohostrannou transformací. Její analýza je – vedle rozvíjení základního teoretického výzkumu - aktuálním úkolem ústavů této sekce. Zhodnocení výsledků ekonomické proměny, výzkum otevřených problémů dalšího ekonomického vývoje, studium transformace sociální struktury, teoretické základy nového právního systému, aktuální otázky psychologie osobnosti a sociální psychologie, to vše jsou témata, jimiž sociální vědy vstupují do živé diskuse s celou společností. Mnohé z těchto výzkumů využívají komparace s obdobně se měnícími zeměmi Střední Evropy. Rovněž se zkoumají nutné předpoklady a možné důsledky vstupu naší země do Evropské unie. Sekce zahrnuje 5 ústavů s přibližně 260 zaměstnanci, z nichž je asi 150 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.