消防員冒著生命危險(xiǎn)與大火搏斗，而老化的防護(hù)裝備會(huì)使他們面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。
阿爾伯塔大學(xué)的一名研究人員正在與工業(yè)界合作，通過(guò)一種傳感器來(lái)降低這種風(fēng)險(xiǎn)，該傳感器可以檢測(cè)服裝因暴露于熱、濕氣和紫外線(UV)光而逐漸損壞的情況。
“這些纖維會(huì)慢慢老化并失去性能，因此這種傳感器技術(shù)對(duì)于暴露在高溫和火焰中的工人的安全性方面是一項(xiàng)突破，”該項(xiàng)目的首席研究員兼密歇根大學(xué)農(nóng)業(yè)、生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院(ALES)的助理教授服裝和紡織品科學(xué)家Patricia Dolez 說(shuō)。
人類生態(tài)學(xué)系研究員多萊茲說(shuō)，在性能顯著降低之前，肉眼可能看不到服裝的損壞。
“消防員沒(méi)有很好的方法知道他們的衣服到底有多安全——你不能只看它。”
一旦完全開(kāi)發(fā)，傳感器貼片將提供一種無(wú)需破壞性測(cè)試即可評(píng)估服裝的方法——例如，必須通過(guò)強(qiáng)度測(cè)試等傳統(tǒng)方法切割樣品以測(cè)試織物的狀況。
該傳感器貼片由德蒙頓公司Davey Textile Solutions和其他行業(yè)合作伙伴合作開(kāi)發(fā)，使用石墨烯（一種由碳原子組成的片狀物質(zhì)）在貼片表面形成導(dǎo)電軌跡。當(dāng)暴露在熱量、濕氣或紫外線下超過(guò)一定程度時(shí)，石墨烯軌跡會(huì)被破壞并失去導(dǎo)電性。
消防員會(huì)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓表來(lái)檢查傳感器貼片上衣服的安全等級(jí)——結(jié)果在幾秒鐘內(nèi)就出來(lái)了。
該傳感器已獲得臨時(shí)專利，仍在開(kāi)發(fā)中。Dolez說(shuō)，這是一個(gè)最佳時(shí)機(jī)，因?yàn)閲?guó)家消防協(xié)會(huì)(NFPA)準(zhǔn)備升級(jí)其關(guān)于服裝維護(hù)的建議，因?yàn)榘┌Y等疾病的潛在威脅可能是由與火災(zāi)相關(guān)的有害物質(zhì)滲入織物。
“目前的建議是一年洗兩次消防服，但問(wèn)題是所有確定何時(shí)需要更換消防服的現(xiàn)有數(shù)據(jù)都是基于一年一次或兩次洗滌的情況，”她說(shuō)。
預(yù)計(jì)新的NFPA建議會(huì)將洗滌頻率提高到每次發(fā)生消防事件后，這意味著監(jiān)控技術(shù)也需要加強(qiáng)。“傳感器對(duì)于能夠測(cè)量每次洗滌時(shí)衣服的情況很重要。”
Davey Textile Solutions是與Dolez合作的五個(gè)行業(yè)合作伙伴之一，制造了將用作傳感器貼片一部分的耐火織物。該公司生產(chǎn)用于防護(hù)服的反光飾邊。
Davey Textile Solutions的研發(fā)專家Lelia Lawson表示，該傳感器還可用于石油和天然氣、電力、建筑和采礦業(yè)。
勞森說(shuō)：“這是我們?nèi)绾闻ψ咴谇傲校瑸槭袌?chǎng)提供新的主動(dòng)產(chǎn)品的一個(gè)例子，”他指出，重工業(yè)客戶面臨的最大問(wèn)題之一是知道何時(shí)退役個(gè)人防護(hù)裝備 (PPE)。
“傳感器消除了這個(gè)問(wèn)題的歧義。”
這項(xiàng)始于2018年的傳感器研究還包括美國(guó)大學(xué)人類生態(tài)學(xué)系Jane Batcheller 和化學(xué)與材料工程系副教授Hyun-Joong Chung的專業(yè)知識(shí)。
這項(xiàng)工作由在ALES學(xué)習(xí)服裝和紡織科學(xué)以及在工程學(xué)院學(xué)習(xí)化學(xué)和材料工程的研究生撰寫(xiě)了兩篇科學(xué)論文。論文探討了石墨烯在高性能織物上的應(yīng)用，以及模擬服務(wù)使用的不同老化條件如何影響其導(dǎo)電性。
通過(guò)人類生態(tài)學(xué)實(shí)習(xí)計(jì)劃，一名學(xué)生與Davey Textiles Solutions合作開(kāi)發(fā)了傳感器市場(chǎng)應(yīng)用的商業(yè)案例。Lawson說(shuō)，這名學(xué)生“能夠提供很多支持該行業(yè)對(duì)該產(chǎn)品需求的良好信息”。
Dolez說(shuō)，公司提供的專業(yè)知識(shí)是無(wú)價(jià)的。
“他們的合作確保我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品與行業(yè)相關(guān)。作為研究人員，我們可以探討出一些很棒的想法，但如果沒(méi)有人能夠?qū)崿F(xiàn)它，那就沒(méi)有用了，”她說(shuō)。
“通過(guò)讓Davey Textile Solutions等行業(yè)參與進(jìn)來(lái)，我們確保我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品最終會(huì)得到使用。”
傳感器技術(shù)是人類生態(tài)學(xué)系通過(guò)U of A的防護(hù)服裝和設(shè)備研究機(jī)構(gòu)與該公司進(jìn)行的一系列項(xiàng)目中的最新項(xiàng)目，包括開(kāi)發(fā)保護(hù)工人免受蒸汽灼傷的服裝。這項(xiàng)工作導(dǎo)致加拿大通用標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)更新了雇主在為其工人選擇合適的 PPE 時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)。
目前，Dolez和Davey Textile Solutions正在合作開(kāi)發(fā)方法，將使用過(guò)的工業(yè)工作服中的棉質(zhì)材料（否則將被送往垃圾填埋場(chǎng)）回收利用，制成可用于制造新紡織品的纖維。
“我們的目標(biāo)是為 PPE 和其他消費(fèi)品制造新面料，”勞森說(shuō)。“有更多的客戶想要購(gòu)買可持續(xù)產(chǎn)品。”
Lawson說(shuō)，與來(lái)自人類生態(tài)學(xué)和機(jī)械工程系的U of A研究人員合作，Davey Textiles Solutions從他們的應(yīng)用研究中受益匪淺。
“我們可以將他們工作中的產(chǎn)品商業(yè)化，將研究發(fā)展成可以在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)的東西是值得的。”
Lawson說(shuō)，公司多年來(lái)一直接待實(shí)習(xí)生，他們?yōu)殚_(kāi)發(fā)服裝和紡織品帶來(lái)了新的視角，并補(bǔ)充說(shuō)，該公司已經(jīng)聘請(qǐng)了包括她在內(nèi)的六名人類生態(tài)項(xiàng)目的畢業(yè)生。
“它充分說(shuō)明了該計(jì)劃學(xué)生的素質(zhì)。他們非常全面，因?yàn)樗麄冄芯扛浇h(huán)境中的人類，以及他們?nèi)绾位?dòng)。除了紡織品的理論知識(shí)，他們還有助于了解這些紡織品如何影響生活。這有助于創(chuàng)造更好的產(chǎn)品。”
除了Davey Textile Solutions和其他行業(yè)合作伙伴提供的實(shí)物支持外，該研究還由加拿大自然科學(xué)和研究委員會(huì)(NSERC)戰(zhàn)略合作伙伴資助。
摘自《The Graphene Council》網(wǎng)站
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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