محققان دانشگاه نساجی ووهان موفق به توسعه نوعی آئروژل گرما-الکتریکی ناهمسان‌گرد شده‌اند که ساختاری مشابه با عضله انسان دارد و به عنوان پیشرفتی چشمگیر در زمینه تولید پوشاک ایمنی هوشمند به ویژه برای آتش‌نشانان شناخته می‌شود. این دستاورد علمی توسط تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور هوالینگ هه به مرحله نهایی رسیده و نتایج آن در نشریه معتبر Nano-Micro Letters منتشر شده است.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، با افزایش پیچیدگی مأموریت‌های آتش‌نشانی و بالا رفتن میزان خطرات محیطی، نیاز به لباس‌هایی که علاوه بر حفاظت در برابر حرارت شدید، قابلیت پایش لحظه‌ای دما را نیز داشته باشند، بیش از پیش احساس می‌شود. در این راستا، محققان ترکیبی نوآورانه تحت عنوان ACMCA ارائه داده‌اند که از نانوالیاف آرامید ساخته شده است. این ماده علاوه بر برخورداری از خاصیت عایق حرارتی، قادر است گرمای محیط را به طور مستقیم به سیگنال الکتریکی تبدیل کند که امکان نظارت دقیق و بی‌درنگ بر دمای اطراف را فراهم می‌آورد.
فرآیند ساخت این آئروژل از فناوری انجماد جهت‌دار بهره می‌برد که موجب شکل‌گیری ساختاری متخلخل و منظم می‌شود و شباهت قابل توجهی به بافت عضله انسانی دارد. این ساختار خاص، علاوه بر انتقال جهت‌دار گرما، رسانایی الکتریکی مؤثری را نیز تأمین می‌کند. نتیجه نهایی ماده‌ای سبک و انعطاف‌پذیر با چگالی تنها ۰٫۰۳۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که دارای ضریب سی‌بک (Seebeck coefficient) بالایی برابر با ۴۶٫۷۸ میکروولت بر کلوین و رسانایی حرارتی بسیار پایین به میزان ۰٫۰۴۸ وات بر متر کلوین می‌باشد.
ویژگی‌های منحصربه‌فرد ACMCA این امکان را می‌دهند که بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، اختلاف دمای محیط را به ولتاژ الکتریکی تبدیل کند. این قابلیت به سامانه امکان می‌دهد تا به صورت خودکار و بی‌وقفه دما را پایش کند. در آزمایش‌های عملی انجام شده، این ماده در کمتر از ۱٫۴۳ ثانیه پس از قرارگیری در معرض شعله، سامانه هشدار چندمرحله‌ای را فعال کرده و در بازه دمایی وسیع ۵۰ تا ۴۰۰ درجه سلسیوس عملکرد قابل‌اعتمادی از خود نشان داده است.
یکی از مزایای کلیدی این فناوری نسبت به حسگرهای سنتی، عملکرد کاملاً خودکار و بی‌نیاز به باتری یا مدارهای جانبی است که نصب و بهره‌برداری از آن را به شدت ساده‌تر کرده و دوام عملکرد آن را حتی در شرایط سخت محیطی افزایش می‌دهد. این امر استفاده از آن در تجهیزات ایمنی آتش‌نشانی و صنعتی را بسیار مقرون به صرفه و کارآمد می‌سازد.
ساختار عضله‌مانند آئروژل علاوه بر قابلیت انتقال جهت‌دار حرارت، استحکام مکانیکی بالایی را نیز تضمین می‌کند. این ماده پس از ۳۰۰ سیکل خمش، کشش و فشرده‌سازی، بیش از ۸۵ درصد از خروجی ولتاژ اولیه خود را حفظ کرده است. چنین مقاومت مکانیکی بالایی ناشی از شبکه‌ای پیچیده است که در آن پیوندهای هیدروژنی و برهم‌کنش‌های وندروالسی میان ترکیباتی مانند MXene، نانولوله‌های کربنی چنددیواره و نانوسیم‌های نقره‌ای ایجاد شده‌اند.
علاوه بر این، هنگام مواجهه با شعله آتش، لایه‌ای غنی از TiO₂ روی سطح ماده شکل می‌گیرد که موجب افزایش پایداری حرارتی و مقاومت آن در برابر آتش می‌شود. همچنین، نسخه ارتقا یافته‌ای از این آئروژل تحت عنوان ACMCA-M با افزودن ماده CH₃NH₃PbI₃ ساخته شده است که قابلیت شناسایی گاز آمونیاک را به آن اضافه می‌کند. این نسخه در حضور آمونیاک، تغییر رنگ قابل توجهی نشان می‌دهد و حساسیت بالایی دارد که این ویژگی، ارزشمندی خاص برای محیط‌های صنعتی که گاز آمونیاک به عنوان ماده‌ای سمی و قابل انفجار مطرح است، به شمار می‌آید.
ستاد نانو با اشاره به این ترکیب بی‌نظیر از ویژگی‌ها، از جمله عایق حرارتی، تولید انرژی، پایش دمای دقیق و دوام مکانیکی بالا، ACMCA را ماده‌ای چندمنظوره معرفی کرده است که کاربردهای گسترده‌ای در تولید پوشاک ایمنی آتش‌نشان‌ها، تجهیزات صنعتی و دیگر حوزه‌های هوشمند در دماهای بالا دارد. علاوه بر این، فرایند تولید این ماده کاملاً سازگار با محیط زیست بوده و قابلیت تولید در مقیاس صنعتی با استفاده از روش رول‌به‌رول را داراست که می‌تواند راه را برای کاربردهای گسترده‌تر این فناوری هموار سازد.