توصل علماء في جامعة ستانفورد – صدفة – إلى خصائص مادة يتغير شكلها عند تعرضها للهب، ما يبشر بطلاء رذاذي يمكن أن يحمي المنازل من الحريق أكثر من أربعة أضعاف الحلول الحالية.
في عام 2019، طوّر فريق الباحثين بستانفورد، تحت قيادة أستاذ علوم المواد والهندسة إريك أبيل، “هيدروجيل” – مادة شبيهة بالهلام تتكون بشكل أساسي من الماء – يمكن تطبيقه على النباتات؛ لتوفير حماية طويلة الأمد من الحرائق. وبعد سنوات من تحسين المادة، قرر الفريق اختبار ما إذا كان الجل يمكن أن يقدم حماية مماثلة للهياكل الخشبية.
التجربة والنتائج المفاجئة
في اختبارات معملية، اكتشف الباحثون أن الجل يمكن أن يوفر بالفعل حماية فعالة للهياكل الخشبية.
اكتشف العلماء أنه عندما يحترق السائل الغني بالماء (الهيدروجيل)، تبقى السيليكا في المركب وتشكل رغوة هيدروجيل قوية ومسامية قادرة على توزيع الحرارة وحماية الخشب أسفلها.
يقول “أبيل”: “لقد عملنا مع هذه المنصة لسنوات عديدة الآن. كان هذا التطور بالصدفة إلى حد ما – كنا نتساءل كيف سيتصرف هذه الجيل مع الأخشاب، لذلك قمنا بفرك بعض منها على قطعة خشب وعرضناها للنيران باستخدام شعلة كانت لدينا في المختبر. ما لاحظناه كان نتيجة رائعة حيث انتفخت الجلات إلى رغوة هيدروجيل”.
مزايا الهيدروجيل الجديد
بالمقارنة مع الهيدروجيلات، التي هي مواد لزجة وغنية بالماء، فإن الرغوات الهوائية جافة ودائمة ومسامية. وقد تم تحويلها إلى طوب شفاف قوي للغاية، واستخدامها في جمع الماء من الهواء، وصُنع منها أخف مادة عازلة للصوت. كما أن الرغوات الهوائية تمتاز بخصائص مقاومة للحرارة ممتازة، مما يجعلها مفيدة في تطبيقات استكشاف الفضاء.
من خلال دمج أفضل خصائص الرغوة الهوائية مع الهيدروجيل، أظهرت تجارب فريق أبيل نتائج مذهلة. في الاختبارات، كان الجل المشترك قادرًا على مقاومة اللهب المباشر لأكثر من سبع دقائق، في حين أن جل الحماية من الحريق المتاح حاليًا يدوم أقل من 90 ثانية.
الاستدامة والفعالية البيئية
يشير الباحثون إلى أن الجلات الحالية المقاومة للحريق تجف وتصبح غير فعالة بعد حوالي 45 دقيقة من تطبيقها. ومع ذلك، فإن المادة الجديدة يمكن تطبيقها قبل وصول حريق محتمل وتظل فعالة عندما تبدأ النيران في الاشتعال، لأن السيليكا الهيدروجيل تبقى حتى يتم غسلها.
قال أبيل: “الجلات التقليدية لا تعمل بمجرد أن تجف. موادنا تشكل رغوة السيليكا عندما تتعرض للحريق، مما يستمر في حماية الأسطح المعالجة بعد تبخر كل الماء. يمكن غسل هذه المواد بسهولة بمجرد انتهاء الحريق.”
أضاف أبيل أن جلاته صديقة للبيئة، وهي مصنوعة فقط من مواد معتمدة بالفعل للاستخدام من قبل خدمة الغابات الأمريكية. وعند غسلها، تتكسر الرغوة الهوائية بسهولة بواسطة الميكروبات في التربة.
آفاق المستقبل
قال أبيل: “إنها آمنة لكل من الناس والبيئة. قد تحتاج إلى تحسين إضافي، لكن أملي هو أن نتمكن من تطبيقها وتقييمها على نطاق تجريبي حتى نتمكن من استخدامها لحماية البنية التحتية الحيوية عندما يأتي الحريق”.