En lättapplicerad, NIST-utvecklad beläggning minskar avsevärt brandfarligheten hos skum som används i möbler. Den tunna beläggningen avsätts på ytan av alla skrymslen och vrår av det porösa skummet (överst), med värmeavledande flerväggiga kolnanorör (MWCNT) jämnt fördelade genom (botten). (Färg tillagd för tydlighetens skull.)
Att använda ett tillvägagångssätt som liknar att sätta ihop en club sandwich på nanoskala, National Institute of Standards and Technology (NIST) forskare har lyckats skapa en uniform, flerväggig kol-nanorör-baserad beläggning som kraftigt minskar brandfarligheten hos skum som vanligtvis används i stoppade möbler och andra mjuka möbler.
Brandfarligheten hos det nanorörsbelagda polyuretanskummet minskade med 35 procent jämfört med obehandlat skum. Lika viktigt, beläggningen förhindrade smältning och ansamling av skum, som genererar ytterligare lågor som är en stor bidragande orsak till spridningen av bränder.
Rikstäckande, bränder där stoppade möbler är det första föremålet som antänds står för cirka 6, 700 hembränder årligen och resulterar i 480 civila dödsfall, eller nästan 20 procent av dödsfall i hembrand mellan 2006 och 2010, enligt National Fire Protection Association.
Den innovativa NIST-tekniken klämmer nanorör mellan två vardagliga polymerer och staplar fyra av dessa treskikt ovanpå varandra. Resultatet är en plastliknande beläggning som är tunnare än en hundradel av människohårens diameter och har flamhämmande nanorör jämnt fördelade.
Utvecklingen av NIST-materialforskarna Yeon Seok Kim och Rick Davis, tillverkningsmetoden beskrivs i januarinumret 2014 av Thin Solid Films. Kim och Davis skriver att tekniken kan användas med en mängd olika typer av nanopartiklar för att förbättra kvaliteten på ytbeläggningar för olika applikationer.
Paret experimenterade med en mängd olika lager-för-lager-beläggningsmetoder innan de kom fram till deras trippeldäckare. Alla hade misslyckats med att uppfylla sina tre huvudmål:hela täckningen av skummets porösa yta, jämn fördelning av nanorören, och metodens praktiska funktion. I de flesta av dessa försök, nanorören – cylindrar av kolatomer som liknade rullar av kycklingnät – fäste sig inte starkt till skumytan.
Så, Kim och Davis valde att själva behandla nanorören, att låna en teknik som ofta används i cellodling för att göra DNA-molekyler klibbigare. Metoden fäste kväveinnehållande molekyler - kallade amingrupper - till nanorörets yttre.
Det här steget visade sig vara kritiskt:de schabloniserade nanorören var jämnt fördelade och klamrade sig ihärdigt till polymerskikten ovanför och under. Som ett resultat, beläggningen utnyttjar till fullo nanorörens snabba värmeavledningsförmåga.
Gram för gram, den resulterande beläggningen ger mycket större motståndskraft mot antändning och förbränning än vad som uppnås med de bromerade flamskyddsmedel som vanligtvis används för att behandla mjuka möbler idag. Lika viktigt, säger Davis, ett "skyddande kolskikt" bildas när det nanorörsbelagda skummet utsätts för extrem värme, skapar en barriär som förhindrar bildandet av smältpooler.
"Den här typen av teknik har potential att minska brandhotet som är förknippat med att bränna mjuka möbler i hem med ungefär en tredjedel, " säger Davis.
