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中国科学和技术高校研制出新型隔热防火双网络

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-09-22 02:46

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记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏教授课题组以壳聚糖作三维软模板,发展了一种制备酚醛树脂与二氧化硅复合材料的新方法,成功研制了具有双网络结构的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。该材料具有轻质多孔、隔热防火和耐火焰侵蚀的特点。研究论文3月12日发表在《德国应用化学》上。

近日,中国科学技术大学教授俞书宏课题组以壳聚糖作为三维软模板,发展了一种酚醛树脂与SiO2共聚和纳米尺度相分离的合成新策略,成功研制出具有双网络结构的PFR/SiO2复合气凝胶材料。

特种涂料是在很多的方面得到运用,它也有多种特点跟类型,特种涂料特点有哪些?在使用特种涂料的时候,也可以见到多种种类的涂料,它的类型也会不一样,出来的效果等也会不同的,那么,特种涂料种类有哪些?

新华社酒泉4月6日电6日1时38分,搭载着19个“特殊乘客”的实践十号返回式科学实验卫星开始了为期15天的太空之旅。

真实的危险警告:
本文所涉及的实验可能是危险甚至威胁生命的。出版者声明不承担这本文中指示或描述的任何实验所导致的任何损失、伤害和损伤的所有责任。任何情况下,禁止所有18岁以下的孩子尝试本书中描述的任一实验或活动。
禁止模仿!玩火者必自焚。这个特效需要专业的训练和准备,即便这样还可能会出很多岔子。

工业建筑和维持室内舒适温度所消耗的能量占到世界每年总能耗的30%以上,隔热材料的使用可以提高建筑物的能量利用率和降低能耗。然而,传统的有机隔热材料普遍易燃,有机阻燃剂的使用则会对环境和人类健康造成危害,而无机隔热材料的热导率普遍偏高。目前市场上使用的有机无机复合隔热材料虽然阻燃性有所提高,但仍难耐受长时间的火焰侵蚀,因为单分散状态的无机组分会随着聚合物基体的燃烧而逐渐脱落,从而失去保护作用。

工业建筑和维持室内舒适温度所消耗的能量占世界每年总能耗的30%以上,隔热材料的使用可以提高建筑物能量利用率、降低能耗。传统的有机隔热材料普遍易燃,有机阻燃剂的使用会对环境和人类健康造成危害,无机隔热材料的热导率普遍偏高。而一般的有机无机复合隔热材料虽然阻燃性有所提高,但仍难耐受长时间的火焰侵蚀,这是因为单分散状态的无机组分会随着聚合物基体的燃烧而逐渐脱落,从而失去保护作用。

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这19个“特殊乘客”就是装载在卫星内部的19个实验载荷,它们会在太空利用地球上没有的微重力实验环境完成19个创新实验,涉及28项科学实验任务。实践十号卫星工程常务副总指挥吴季说,这些实验具有很强的潜在科研意义和应用意义。

随便哪个科学家都可以告诉你电影里面的人身上是怎么着火的,但只有那么一位真把自己点着了。做个疯狂科学家有时也是有好处的,其中之一就是,我最近可以告诉同事们,我无法参加他们那个超级重要的会议了,因为我要把自己的手点燃。

科研人员研制了一种双网络结构的复合气凝胶,具有树枝状的微观多孔结构,纤维的尺寸在20纳米以内,且两种组分各自都成连续的网络,实现了有机、无机组分在纳米尺度上的均匀分散。研究人员通过调控硅源的添加量,即可调控复合气凝胶的密度、无机含量、力学强度等物理参数,从而增强其结构的机械稳定性。这种复合气凝胶可以承受60%的压缩而不破裂,具有良好的机械强度和可加工性;该气凝胶的两组分间具有很强的相互作用,协同其多孔性,从而产生了很好的保温隔热效果,不仅优于传统商用的发泡聚苯乙烯、矿物棉等工业材料,而且在低温和低湿度的环境下也能维持很好的隔热效果。

俞书宏课题组研制出的双网络结构复合气凝胶具有树枝状的微观结构,纤维的尺寸在20nm以内,且两种组分各自都成连续的网络,实现了有机、无机组分在纳米尺度上的均匀分散,同时两组分间具有很强的界面相互作用。研究人员通过调控硅源的添加量即可调控复合气凝胶的密度、无机含量、力学强度等物理参数。这种复合气凝胶可以承受60%的压缩而不破裂,具有一定的机械强度和可加工性。该气凝胶具有很好的隔热效果,最低热导率可达24mW/mK,优于传统的发泡聚苯乙烯等材料,在相对低温和低湿度的环境下,其热导率维持在28mW/mK。

一、特种涂料特点有哪些

——这位科学“实践者”将在太空试验场里办哪些“大事”?先来一睹为快!

电影里经常可以看到人们全身着火踉踉跄跄地从燃烧的建筑物里跑出来。不过如果仔细看,你就会注意到,他们永远衣装整齐,并且总是在移动。这是让着火的特效容易得多的两个重要因素。

此外,这种独特的双网络结构还赋予了气凝胶优异的防火阻燃和耐火焰侵蚀的性能。研究人员用丙烷丁烷喷灯火焰(1300⁰C)和酒精灯火焰(500~600 ⁰C)来检测气凝胶的防火性,并用红外热成像仪记录样品背面的温度变化。经过30分钟的测试,喷灯火焰下样品背面温度稳定在300 ⁰C左右,酒精灯火焰下样品背面温度稳定在150 ⁰C左右,而且随着有机组分的燃烧,二氧化硅网络暴露出来并附着在气凝胶表面而不会脱落,继续发挥隔绝热量的作用。

这种独特的双网络结构赋予了气凝胶优异的防火阻燃性能。研究人员用丙烷丁烷喷灯火焰和酒精灯火焰来检测气凝胶的耐火性,并用红外热成像仪记录样品背面的温度变化。经过30分钟的测试,喷灯火焰下样品背面温度稳定在300℃左右,酒精灯火焰下温度稳定在150℃左右,且随着有机组分的燃烧,SiO2网络暴露出来并附着在气凝胶表面而不会脱落,继续发挥隔绝热量的作用。这种材料可以一定程度上避免在发生火灾时建筑物承力结构的失效,为人员撤离争取了时间。

特种涂料是指与传统涂料有本质区别的新型涂料,特种涂料赋予物体以各种特异功能。不同的特种涂料,有着不同的特性。

大事一:小鼠胚胎细胞在太空如何生长发育?

要在着火的时候进行表演并且避免受伤,你必须使自己和火焰之间隔着什么。但用普通的水来罩着自己是不成的,因为水会流掉。因此特技演员穿的衣服里含有超吸水的聚合物纤维(就是尿不湿用的材料),可以把水保持在身上。这样处理过的一层衣服可以让人保持好一段时间的凉爽,不过他们还得不停地向前跑,免得让火苗烧到他们未遮盖的脸。

研究表明,钢筋混凝土结构在受热350⁰C以上强度会迅速下降,从而引起坍塌。而使用这种新型材料可以避免火灾时建筑物承力结构的失效,为人员撤离争取宝贵时间。

相关研究成果发表在《德国应用化学》上,博士后于志龙为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点基金、国家重大科学研究计划、中国科学院前沿科学重点研究项目、中科院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、合肥大科学中心卓越用户基金的资助。

特种涂料是指各种特殊用途的涂料,是指除了防护作用以外,这类涂料还兼有某些特别的特种,以满足被涂覆产品设计上的需要的特种涂料,主要的特点之一是耐高温。

随着人类走向太空,未来,哺乳动物能在太空正常繁衍吗?

如果有场景需要表现裸露的皮肤着火,特技演员会使用一种特殊的含水防火凝胶,它抹在皮肤上可以形成光滑的透明层,几乎看不见,特别是在动作很快、而且画面中有很多火焰引开观众注意力的时候。为了让你看清楚近看是什么样,我在自己的手上涂满凝胶,然后刷上稀释过的万能胶,点燃后产生了非常漂亮的暗黄色火焰。

论文链接

可以说,正是一些在特殊环境里应用的产品特种方面的需要,促进了特种涂料的研制和开发,在有些场合,特种涂料的防护性能已不是其主要的用途,新型耐高温特种涂料可以改变工艺,提升生产技术。在现代科技进步,已经开发出的具有特殊特种的涂料,其独特的性能使许多产品和设备的特种得以充分发挥,成为涂料工业中不可缺少的新品种。

——为了回答这个疑惑,实践十号把小鼠早期胚胎带上了太空。它能否在空间环境下正常分裂、发育?其发育过程与地面有哪些不同?

因为拍照的时候需要我的手保持完全静止,我不能通过动作来保持凉爽,几秒钟之后我的手就感觉很热—但我们已经拍下照片为证,我不去开会的理由是真的!

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二、特种涂料种类有哪些

“我们以小鼠细胞胚胎为研究对象,对其进行培养并显微实时跟踪观察,看它在微重力环境中能否继续分裂到8个细胞、16个细胞……观察在微重力情况下,哺乳动物胚胎能否和在地球上一样正常发育。”中科院动物所研究员段恩奎说。

“电影里经常可以看到人们全身着火踉踉跄跄地从燃烧的建筑物里跑出来。”

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1、防静电特种涂料

日本研究人员几年前曾在美国网络科学杂志《科学公共图书馆·综合》上发表报告称,在太空微重力等环境下,哺乳动物正常的胚胎发育可能会受到阻碍,因此哺乳动物要在太空繁衍难度较大。

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双网络结构的PFR/SiO2复合气凝胶的制备过程及结构示意图

一般来讲,表面电阻值在10的11次至10的12次方Ω以下即可消除积累在涂膜表面的静电荷,防静电涂料有两种制法,即在树脂中加入防静电剂或者加入导电物质。在树脂中加入季铵盐类等防静电剂,加入0.1-10防静电剂的涂料,涂在树脂的表面,如聚烯烃,就具有了永久还原积累静电荷的能力。也可以在树脂中加入导电物质,如无机系的银粉、炭黑等。也具有防止静电产生的作用。

这一次,中国将利用返回式科学实验卫星,以小鼠早期胚胎为研究对象,通过研究太空环境对哺乳动物早期胚胎生长发育的影响,揭示空间环境条件下动物早期生命活动规律,为未来长期太空飞行中保障人类生殖发育健康提供科学依据。

人肉火炬

2、防火特种涂料

我们的太空“实践者”还有望在世界上首次获得空间小鼠早期胚胎是否能发育的实时摄影图片。

凝胶里所含的聚丙烯酸钠聚合物保护我的手免受火烧。

又称阻燃涂料,它除具有一般涂料所具有的装饰性能和保护性能外,有其特殊的性能,基一是涂层本身具有不燃性和燃性,即能防止补火焰点燃;基二是防止燃烧或对燃烧有延缓、抑制作用,即在一定的时间内可阻止和抑制燃烧的扩展,有利于灭火。防火涂料有两大类,一类是膨胀型防火涂料,即含微孔的难燃型涂料;另一类是非膨胀型防火涂料,这涂料又分为难燃性涂料和不燃性涂料。防火涂料应用范围极广,主要用于建筑、车辆、家用电器等方面以及其他领域。

大事二:向太空火灾事故说“不”

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3、防水特种涂料

载人空间飞行过程中,存在多种威胁航天器和航天员安全的潜在风险,其中航天器舱内火灾事故是最严重的一种。这次“实践者”要做的另一件“大事”,就是为今后载人空间飞行探索更安全的防火规范和材料选用、使用规范。

中国科学和技术高校研制出新型隔热防火双网络复合气凝胶,为火灾时收获逃生时间。炙热的脑袋

是由合成高分子聚合物与沥青、高分子聚合物、高分子聚合物与水泥为主要成膜物质;加入各种助剂、改性材料、填充材料等加工制成的溶剂型、水乳型或粉末型的涂料。该涂料涂刷在建筑物的屋顶、地下室、卫生间、浴室和外墙等需要进行防水处理的基层表面上。可在常温条件下形成连续的、整体的、具有一定厚度的涂料防水层。

“内部起火是有氧环境卫星、飞船、载人航天器等面临的最大威胁之一”实践十号卫星首席科学家胡文瑞院士说,俄罗斯的和平号空间站、美国的阿波罗号飞船都有过惨痛教训。

我的助手泰勒·沃克(Taylor Walker)头戴浸满水的帽子进行防护,火焰产生的热量上升散逸,这让他可以在脑袋着火的情形下惬意地维持超过一分钟。

4、粉末特种涂料

微重力环境比地面更容易着火,而且着火点不易发现,很难扑灭。那么,哪些材料能用,哪些材料不能用?如何发现火情?怎么灭火?这一系列问题都要靠太空实验去解决。

如何把自己的手点燃

火焰效果的关键是要有一个助手提着一桶水或拿着湿毛巾在旁边待命。防火凝胶保护你免受火焰伤害的时间,足以让你在防护开始失效时做出冷静而有条理的反应。记住,要冷静而有条理:只不过是你的手着火了而且开始变热,这不是恐慌的理由。

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该演示实验最困难的部分是把凝胶均匀、平整地涂在我的手上。让一块布着火要容易得多,因为凝胶可以藏在布下面。

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火与冰(激凌)

为了拍摄这张照片,我和拍摄人员做出了不少烟熏冰激凌。实验中所用的这个牌子的凝胶主要用于焊接时保护被焊部位附近的表面。用石脑油稀释过的万能胶可以制造出非常漂亮的黄色火焰,且伴有适当数量的尘烟。

粉末涂料是一种新型的不含溶剂100%固体粉末状涂料。具有不用溶剂、无污染、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。它有两大类,热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。涂料由特制树脂、颜填料、固化剂及其它助剂,以一定的比例混合,再通过热挤塑和粉碎过筛等工艺制备而成。它们在常温下,贮存稳定,经静电喷涂、摩擦喷涂或流化床浸涂,再加热烘烤熔融固化,使形成平整光亮的永久性涂膜,达到装饰和防腐蚀的目的。

这次实践十号计划开展的“导线绝缘层着火实验”和“典型非金属材料着火实验”,会在特殊的设备中通过大电流发热或加热丝进行引燃,观察微重力条件下特定材料的着火和燃烧特性,了解环境流动、氧气浓度和材料形状等因素对火焰传播的影响规律,并与重力条件下的燃烧进行对比。

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本文摘自人民邮电出版社图书《疯狂科学2》,原文标题为《拯救我的皮肤》。由人民邮电出版社和原作者西奥多·格雷(Theodore Gray)授权发表。

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特种涂料特点有哪些?每一种特种涂料的效果都会不同,而在装饰或是家具表面等使用的时候,它出来的效果也会不好。特种涂料种类有哪些?使用特种涂料的时候也会看到不同的类型,每一种特种涂料效果也会不一样,要结合具体情况来定。

实践十号卫星科学应用系统总设计师康琦介绍,目前我国航天防火还不规范,主要是借鉴航空和地面的防火标准。现在我国航天器因为在轨时间短,这个问题还不突出,如果将来建空间站,没有这方面的研究和标准,后果不堪设想。

责任编辑:huangruocheng

大事三:当太空辐射遇上微重力,基因组会不会变?

《火星救援》被喻为一部太空生存指南,但细心的观众会发现,里面对辐射的描述相对较少。并不是太空辐射问题已经破解,而是由于至今还没有完备的手段能够解决太空辐射的风险。

太空环境中,既有太阳耀斑和日冕物质抛射时产生的太阳高能粒子,也有长期存在的能量高、穿透性强的银河宇宙射线,即使是数十厘米的铝板也难以防护。

目前各国开展空间辐射生物学研究,主要是进行风险评估和寻找对策。这次实践十号搭载了3个生物辐射盒,携带了水稻种子、拟南芥种子和线虫等样品,研究空间辐射引起生物基因组变化和空间辐射损伤的分子网络调控,建立辐射风险评估体系,为我国空间站辐射评估和防护提供基础。

项目负责人、大连海事大学教授孙野青说,这一实验将为载人航天中的深空探测任务和舱外暴露试验提供技术基础。

空间环境中的高放射性辐射和微重力是人类空间活动面临的两个有害因素。那么在微重力环境下,辐射对人体基因组的损伤是叠加、抵消还是乘积作用?应如何评估风险?

中科院生物物理研究所研究员、实验项目组负责人杭海英介绍,此次实践十号将开展的“空间辐射对基因组的作用和遗传效应研究”实验,以小鼠细胞和果蝇为样本,定量研究空间辐射对基因组稳定性方面的影响,就是希望解答这个问题。

“我们把小鼠细胞模型放置在培养装置里,地面可以控制培养温度、更换培养液。”杭海英表示,可以把细胞固定在某一个成长状态,等到返回后专门研究不同时间点基因活动的改变。

杭海英说,必须对这两个因素的危害性作出客观评估并据此寻找恰当的应对方法,才能保证人类长期空间活动的顺利进行。

大事四:地面看不见的“冷焰燃烧”,煤炭能实现吗?

美国空间站十大成果之一,就是通过棉花团点燃观察到“冷焰燃烧”,而这一低温状态下的燃烧是地面无法看到的。胡文瑞院士介绍,此次“煤燃烧及其污染物生成实验”也期待看到微重力条件下煤的“冷焰燃烧”实验效果。

实验将选择2至3种我国典型煤种,在实验装置中点燃,观测不同炉温、不同煤种、不同粒径和环境气体成分条件下的单个球形煤颗粒和煤粉颗粒群的燃烧全过程,记录下单颗球形煤粒火焰形状、颗粒表面变化、挥发和释放现象及其变化规律等。——这样的实验放在地面听起来普普通通,但放在遥远的太空,却意义大不同。

康琦说,煤炭是我国能源的主力,其燃烧带来的污染较大。在地球上,受浮力、热对流等因素影响,煤燃烧的系数无法准确测得。而在微重力环境下进行煤燃烧实验,则可以避免这些干扰,有望获得一些地面无法得到的基础数据。这对完善煤燃烧理论和模型,帮助人类更好利用煤炭资源有重要意义。

这些只是实践十号要干的“大事”中的一部分。

我们期待在未来十五天里,这位科学“实践者”通过19项实验,揭示微重力条件和空间辐射条件下不为人知的科学秘密——这不仅将加深人类对自身生命和物质的研究,同时将为未来空间站或在外星建立长期居住基地提供生态环境和生命保障体系研究的理论与技术准备。

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