科学家为恶劣环境下的安全装备创造了阻燃传感器

摩擦电纳米发电机可以检测出佩戴者处于危险或残疾状态，因为它可以感知步行，跑步，跳跃和静止之间的差异。图片来源：加州大学洛杉矶分校和麦克马斯特大学

想象一下这样一种设备，即使在最激烈的火灾下也能经受得住，因此当消防员无法上班时，它可以自动向其他人发出信号。

加州大学洛杉矶分校的研究人员和其他两所大学的同事设计了首款阻燃，自熄运动传感器和发电机。该设备的尺寸只有四分之一，可以嵌入消防员，石油钻探或从事涉及极端温度或恶劣环境的工作人员穿着的鞋子或衣服中。

这项研究发表在《纳米能源》杂志上，该研究由加州大学洛杉矶分校材料创新学系Myung Ki Hong博士，加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所成员理查德·坎纳（Richard Kaner）领导。

自供电传感器是一种摩擦电纳米发电机。当一种材料碰到另一种材料时，摩擦带电会通过电子交换产生能量，在这种情况下，设备本身以及穿戴者的衣服或皮肤，或者设备以及地面。该现象与在地毯上摩擦脚后触摸门把手时会产生电击的现象相同。

该设备被科学家称为FRTENG（“阻燃摩擦电纳米发电机”），因为它可以感知步行，跑步，跳跃和静止之间的差异，因此可以检测出佩戴者处于危险或残疾状态。

UCLA的助理研究员，该研究的合著者Maher El-Kady说：“不同的运动会产生具有不同电压和电流的电信号。” “这些不同的电流使我们能够识别是否有人在移动以及如何移动-例如，该设备可以集成到消防员的鞋子中，并在紧急情况下无线发送帮助信号。”

新设备由碳气凝胶制成，这种碳气凝胶既轻巧又在高温下稳定，因此非常适合极端条件。图片来源：加州大学洛杉矶分校和麦克马斯特大学

摩擦电纳米发芽机已经存在，但由于它们使用易燃塑料和纺织品等材料，因此当前的模型无法承受火灾或极端温度，坎纳说，他也是化学，生物化学以及材料科学与工程学的杰出教授。

为了克服这一障碍，新设备由研究人员发明的碳气凝胶制成。气凝胶非常轻巧（占其体积的95％是空气），并且在高温下稳定，这使其非常适合用于阻燃设备。

El-Kady说：“碳气凝胶有效地导电，并包含对环境无害的材料。” “由于气凝胶很轻，佩戴者甚至不会感觉到该装置。”

为了形成气凝胶，研究人员将甲醛和间苯二酚这两种化学物质与聚丙烯腈纤维和氧化石墨烯片混合，它们的厚度仅为几纳米，纳米相当于十亿分之一米，或大约宽度的1 / 75,000。人发-产生凝胶。纳米纤维和纳米片为超轻材料提供了支撑。

然后，他们将凝胶干燥以除去液体中的含量，并在一个充满氢气的小腔室内对其进行加热，留下了耐用但轻巧的碳气凝胶纳米复合材料。

该研究的第一作者，麦克马斯特大学的访问学者阿卜杜勒萨兰·艾哈迈德（Abdelsalam Ahmed）说：“利用摩擦带电，碳气凝胶可充当运动传感器和发电机。” 与传统的依靠电池供电的传感器不同，这种新设备可以无限期运行，而无需任何电源。”

为了测试设备的耐火性，科学家将其暴露在丁烷火焰中90秒钟。他们发现，它不仅没有散发火焰，而且还在自熄。而且，即使在200摄氏度下，该设备的结构也得以保留，其电输出保持稳定。在那种温度下，大多数传统的摩擦电器件会失去性能甚至着火，坎纳说。

卡迪（El-Kady）表示，这种新设备还可以用于太空任务，例如跟踪宇航员的生命体征或产生应急电源。极端温度通常会阻止太空飞行期间使用其他电子设备。

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