美開發(fā)出超薄碳納米管阻燃材料

文/王小龍

據(jù)報道，通過在納米尺度上采用一種獨特的三明治結(jié)構(gòu)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的科學(xué)家開發(fā)出一種多壁碳納米管材料，可大幅降低泡沫制品的可燃性。研究人員稱，新技術(shù)有望將因軟裝飾引發(fā)的火災(zāi)減少三分之一。相關(guān)論文發(fā)表在專業(yè)期刊《固體薄膜》上。

由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院發(fā)明的這項新技術(shù)，將多壁碳納米管與兩種高分子材料像三明治一樣組合在一起，并將這種3層材料連續(xù)疊加了4層。這種聽起來相當(dāng)“厚實”的納米材料，實際上即便用“薄如蟬翼”來形容也絕不為過——其整體厚度還不到人類頭發(fā)直徑的百分之一。

在研究初期，負(fù)責(zé)該項目的材料科學(xué)家金延錫（音譯）和里克·戴維斯為新材料設(shè)定了三個關(guān)鍵目標(biāo)：泡沫材料多孔表面全覆蓋、納米管均勻分布、制造方法簡單易推廣。

為此，他們試驗了多種材料，希望能改善耐火性能，延緩火焰蔓延，但性能都不夠理想。在最后的測試中，他們選擇了碳納米管，但這種由碳原子構(gòu)成的如同圓柱形鐵絲網(wǎng)的材料，無法牢固附著在泡沫表面。為解決這一問題，他們選用了醫(yī)用碳納米管，這種材料在細(xì)胞培養(yǎng)中常被用來增加DNA分子的黏性。其特點是外部包裹有一層含有氮分子的氨基。這一選擇最終被證明是正確的，醫(yī)用碳納米管能夠均勻分布在阻燃材料當(dāng)中，并牢固“抓住”與之接觸的材料表面。此外，這種材料還充分利用了碳納米管的快速散熱能力。此外，即便遭遇極端高溫，涂層中的碳納米管被完全燒焦，這種焦灼層也具有穩(wěn)定的阻燃結(jié)構(gòu)，能夠形成一個碳保護(hù)層，防止火焰繼續(xù)蔓延。

戴維斯稱，與目前在軟裝飾上常用的溴化阻燃劑相比，新技術(shù)的阻燃效果更好。覆蓋這種碳納米管阻燃材料的泡沫制品與未經(jīng)處理的相比，易燃性降低了35%。如果能夠得以廣泛推廣，新技術(shù)有望把軟裝飾所導(dǎo)致的火災(zāi)減少三分之一。