消防員冒著生命危險與大火搏斗，而老化的防護裝備會使他們面臨更大的風(fēng)險。
阿爾伯塔大學(xué)的一名研究人員正在與工業(yè)界合作，通過一種傳感器來降低這種風(fēng)險，該傳感器可以檢測服裝因暴露于熱、濕氣和紫外線(UV)光而逐漸損壞的情況。
“這些纖維會慢慢老化并失去性能，因此這種傳感器技術(shù)對于暴露在高溫和火焰中的工人的安全性方面是一項突破，”該項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。
人類生態(tài)學(xué)系研究員多萊茲說，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。”
一旦完全開發(fā)，傳感器貼片將提供一種無需破壞性測試即可評估服裝的方法——例如，必須通過強度測試等傳統(tǒng)方法切割樣品以測試織物的狀況。
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一定程度時，石墨烯軌跡會被破壞并失去導(dǎo)電性。
消防員會使用一個簡單的電壓表來檢查傳感器貼片上衣服的安全等級——結(jié)果在幾秒鐘內(nèi)就出來了。
該傳感器已獲得臨時專利，仍在開發(fā)中。Dolez說，這是一個最佳時機，因為國家消防協(xié)會(NFPA)準(zhǔn)備升級其關(guān)于服裝維護的建議，因為癌癥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，但問題是所有確定何時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。
預(yù)計新的NFPA建議會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。“傳感器對于能夠測量每次洗滌時衣服的情況很重要。”
Davey Textile Solutions是與Dolez合作的五個行業(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：“這是我們?nèi)绾闻ψ咴谇傲?，為市場提供新的主動產(chǎn)品的一個例子，”他指出，重工業(yè)客戶面臨的最大問題之一是知道何時退役個人防護裝備 (PPE)。
“傳感器消除了這個問題的歧義。”
這項始于2018年的傳感器研究還包括美國大學(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。
這項工作由在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。
通過人類生態(tài)學(xué)實習(xí)計劃，一名學(xué)生與Davey Textiles Solutions合作開發(fā)了傳感器市場應(yīng)用的商業(yè)案例。Lawson說，這名學(xué)生“能夠提供很多支持該行業(yè)對該產(chǎn)品需求的良好信息”。
Dolez說，公司提供的專業(yè)知識是無價的。
“他們的合作確保我們開發(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，但如果沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)它，那就沒有用了，”她說。
“通過讓Davey Textile Solutions等行業(yè)參與進(jìn)來，我們確保我們開發(fā)的產(chǎn)品最終會得到使用。”
傳感器技術(shù)是人類生態(tài)學(xué)系通過U of A的防護服裝和設(shè)備研究機構(gòu)與該公司進(jìn)行的一系列項目中的最新項目，包括開發(fā)保護工人免受蒸汽灼傷的服裝。這項工作導(dǎo)致加拿大通用標(biāo)準(zhǔn)委員會更新了雇主在為其工人選擇合適的 PPE 時使用的標(biāo)準(zhǔn)。
目前，Dolez和Davey Textile Solutions正在合作開發(fā)方法，將使用過的工業(yè)工作服中的棉質(zhì)材料（否則將被送往垃圾填埋場）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 和其他消費品制造新面料，”勞森說。“有更多的客戶想要購買可持續(xù)產(chǎn)品。”
Lawson說，與來自人類生態(tài)學(xué)和機械工程系的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)展成可以在市場上實現(xiàn)的東西是值得的。”
Lawson說，公司多年來一直接待實習(xí)生，他們?yōu)殚_發(fā)服裝和紡織品帶來了新的視角，并補充說，該公司已經(jīng)聘請了包括她在內(nèi)的六名人類生態(tài)項目的畢業(yè)生。
“它充分說明了該計劃學(xué)生的素質(zhì)。他們非常全面，因為他們研究附近環(huán)境中的人類，以及他們?nèi)绾位?。除了紡織品的理論知識，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)合作伙伴提供的實物支持外，該研究還由加拿大自然科學(xué)和研究委員會(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
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