گامی به سوی لباس هوشمند آتش‌نشان‌ها بی‌نیاز از باتری و برق
محققان دانشگاه نساجی ووهان به سرپرستی پروفسور هوالینگ هه، موفق به توسعه یک «آئروژل گرما-الکتریکی ناهمسان‌گرد» شده‌اند که ساختاری مشابه با عضله انسان دارد. این دستاورد نوآورانه که در نشریه Nano-Micro Letters منتشر شده، گامی مهم در مسیر تولید لباس‌های ایمنی هوشمند، به‌ویژه برای آتش‌نشان‌ها، به‌شمار می‌رود.
به گزارش ماد با پیچیده‌تر شدن وظایف آتش‌نشانی و افزایش خطرات محیطی، نیاز به پوشاکی که نه‌تنها در برابر حرارت شدید محافظت کند بلکه دما را در لحظه پایش کند، روزبه‌روز بیشتر می‌شود. ترکیب نوینی که محققان با نام ACMCA معرفی کرده‌اند، از نانوالیاف آرامید ساخته شده و ضمن داشتن خاصیت عایق حرارتی، توان تبدیل مستقیم گرما به سیگنال الکتریکی را نیز دارد.
برای ساخت این ماده از فرآیند انجماد جهت‌دار بهره گرفته شده که به ایجاد شبکه‌ای متخلخل و منظم، شبیه به بافت عضله، انجامیده است. این ساختار، رسانایی الکتریکی و انتقال جهت‌دار گرما را پشتیبانی می‌کند. نتیجه‌ی کار، آئروژلی انعطاف‌پذیر و بسیار سبک با چگالی ۰.۰۳۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که ضریب سی‌بک (Seebeck coefficient) بالا و رسانایی حرارتی بسیار پایینی دارد؛ به‌ترتیب ۴۶.۷۸ میکروولت بر کلوین و ۰٫۰۴۸ وات بر متر کلوین.
به لطف این ویژگی‌ها، ACMCA می‌تواند بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، اختلاف دمای محیط را به ولتاژ الکتریکی تبدیل کرده و امکان نظارت بی‌درنگ بر دما را فراهم کند. در آزمایش‌های عملی، این ماده در کمتر از ۱.۴۳ ثانیه پس از مواجهه با شعله، سامانه‌ی هشدار چندمرحله‌ای را فعال کرده و در بازه دمایی گسترده‌ای از ۵۰ تا ۴۰۰ درجه سلسیوس پاسخ مؤثری نشان داده است.
برخلاف حسگرهای سنتی که به باتری یا مدارهای خارجی وابسته‌اند، ACMCA کاملاً خودکار و بی‌نیاز از منبع انرژی خارجی عمل می‌کند؛ موضوعی که نصب آن را ساده‌تر کرده و دوام عملکرد را در شرایط سخت افزایش می‌دهد.
ساختار عضله‌مانند این آئروژل نه‌تنها انتقال جهت‌دار گرما را ممکن کرده، بلکه استحکام مکانیکی بالایی را نیز تضمین می‌کند. این ماده پس از ۳۰۰ بار خمش، کشش و فشرده‌سازی، بیش از ۸۵ درصد خروجی ولتاژ خود را حفظ کرده است. این استحکام از شبکه‌ای قدرتمند حاصل شده که در آن، پیوندهای هیدروژنی و برهم‌کنش‌های وندروالسی میان ترکیباتی مانند MXene، نانولوله‌های کربنی چنددیواره و نانوسیم‌های نقره‌ای شکل گرفته‌اند.
افزون بر این، در مواجهه با آتش، لایه‌ای سرشار از TiO₂ روی سطح ماده تشکیل می‌شود که پایداری حرارتی و مقاومت در برابر شعله را افزایش می‌دهد. همچنین با افزودن ماده CH₃NH₃PbI₃ به این آئروژل (نسخه موسوم به ACMCA-M)، قابلیت شناسایی گاز آمونیاک نیز به آن افزوده شده است. این نسخه در حضور آمونیاک، تغییر رنگ واضحی نشان می‌دهد و حساسیت بالایی دارد؛ قابلیتی ارزشمند برای محیط‌های صنعتی که آمونیاک به‌عنوان گازی سمی و قابل‌انفجار مطرح است.
ترکیب این ویژگی‌ها ـ شامل عایق‌کاری حرارتی، تولید انرژی، پایش دما و دوام مکانیکی ـ ACMCA را به ماده‌ای چندمنظوره و کاربردی برای پوشاک ایمنی آتش‌نشان‌ها، تجهیزات ایمنی صنعتی و سایر کاربردهای هوشمند در دماهای بالا تبدیل کرده است. فرایند تولید این ماده نیز سازگار با محیط زیست و مناسب برای تولید در مقیاس صنعتی با روش رول‌به‌رول است.
