ایمنی پاشیدنی: مهندسان استنفورد ژلی برای محافظت از خانه‌ها در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی ابداع کرده‌اند
با گرمتر شدن سیاره و افزایش شدت خشکسالی‌ها، آتش‌سوزی‌های جنگلی بیشتر و مخرب‌تر می‌شوند. در سال‌های اخیر، این آتش‌های غیرقابل کنترل خانه‌های زیادی را ویران کرده، جان‌ها را گرفته و به اقتصادها ضربه زده‌اند.
برای مقابله با این بحران روزافزون، محققان دانشگاه استنفورد ژلی انقلابی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند به طور قابل توجهی قابلیت محافظت از خانه‌ها و زیرساخت‌های حیاتی در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی را بهبود بخشد. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که این ژل جدید در طول عمر و کارآیی بسیار بیشتر از راه‌حل‌های تجاری موجود است.
دفاعی انقلابی در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی
آتش‌سوزی‌های جنگلی در محیط‌های گرم و خشک رشد می‌کنند، و روش‌های سنتی مقابله با آتش اغلب عقب می‌مانند. مشکل ژل‌های فعلی تقویت‌کننده آب این است که سریعاً خشک می‌شوند—معمولاً در مدت ۴۵ دقیقه در شرایط استاندارد آتش‌سوزی—و در زمانی که بیشتر نیاز است، بی‌اثر می‌شوند. اریک اپل، استادیار علوم مواد و مهندسی در استنفورد و نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد که "در شرایط معمول آتش‌سوزی، ژل‌های تقویت‌کننده آب فعلی در ۴۵ دقیقه خشک می‌شوند. ما ژلی توسعه داده‌ایم که بسط استفاده‌ی وسیع‌تری دارد—می‌توانید آن را قبل از آمدن آتش بپاشید و همچنان از مزایای حفاظت استفاده کنید—و زمانی که آتش می‌آید بهتر عمل می‌کند."
ژل انقلابی تیم استنفورد طراحی شده است تا چند منظوره و طولانی‌مدت باشد. برخلاف ژل‌های سنتی که فقط بر آب تکیه می‌کنند تا مانعی حفاظتی ایجاد کنند، این فرمول جدید مکانیزم دفاع چند‌لایه‌ای را معرفی می‌کند. ژل از پلیمر سلولزی ترکیب شده با ذرات سیلیکا ساخته شده است. وقتی در معرض حرارت شدید آتش‌سوزی جنگلی قرار می‌گیرد، آب درون ژل بخار می‌شود و سلولز می‌سوزد. چیزی که باقی می‌ماند، آئرژل سیلیکا—ماده‌ای سبک و متخلخل با خواص عایق‌بندی عالی—است. چانگ‌سین "لیلا" دونگ، نویسنده اصلی مطالعه، در بیانیه‌ی مطبوعاتی می‌گوید، "ما پدیده‌ای منحصر به فرد کشف کرده‌ایم که در آن هیدروژل نرم و انعطاف‌پذیر به طور یکنواخت به یک سپر آئرژل مقاوم تبدیل می‌شود که حفاظت بهبود یافته و طولانی‌مدتی در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی ایجاد می‌کند. این پیشرفت با محیط‌پذیر بودن خود، به طور قابل توجهی از راه‌حل‌های تجاری موجود بهتر عمل می‌کند."
علم پشت ژل
تحول از هیدروژل به آئرژل چیزی است که این ماده جدید را بسیار مؤثر می‌کند. پس از بخار شدن آب و سوزاندن تمامی سلولز، ذرات سیلیکا باقی‌مانده ساختاری فومی تشکیل می‌دهند که به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کند. اپل توضیح می‌دهد، "وقتی آب جوشانده می‌شود و تمام سلولز سوخته می‌شود، ما با ذرات سیلیکا تشکیل دهنده فوم مانده‌ایم. آن فوم به شدت عایق‌های حرارتی است و تمام حرارت را پراکنده می‌کند و زیرلایه زیرین را کاملاً محافظت می‌کند." این آئرژل سیلیکا که به دلیل خواص سبک و مقاومت حرارتی در جستجوی فضایی مورد استفاده قرار گرفته است، سپر قدرتمندی در برابر حرارت ایجاد شده توسط آتش‌سوزی‌های جنگلی فراهم می‌کند. پژوهشگران فرمولاسیون‌های مختلف ژل خود را با اعمال آن بر روی تخته تخته و معرض قرار دادن آن به شعله‌های مستقیم از مشعل دستی گاز، که در دماهای بسیار بالاتر از آتش‌سوزی‌های معمولی می‌سوزد، تست کردند. مؤثرترین فرمولاسیون ژل آن‌ها بیش از هفت دقیقه محافظت ایجاد کرد پیش از آنکه تخته تخته شروع به سوختگی کند. در مقایسه، ژل تقویت‌کننده آب تجاری موجود در شرایط مشابه کمتر از ۹۰ ثانیه بدون خرج کردن مقاوم ماند.
از خوش‌اقبالی تا نوآوری نجات‌بخش
مسیر تا این کشف انقلابی با ترکیبی از کنجکاوی علمی و خوش‌اقبالی مشخص شده بود. اپل و تیمش سال‌هاست که بر فناوری‌های جلوگیری از آتش‌سوزی‌های جنگلی کار می‌کنند. در سال ۲۰۱۹، آن‌ها ژلی مشابهی توسعه دادند که برای نگهداری بتوان‌های آتش‌سوز بر روی پوشش گیاهی به مدت طولانی طراحی شده بود و هدف آن جلوگیری از آتش‌سوزی‌ها در مناطق آسیب‌پذیر بود. با این حال، آخرین کشف آن‌ها کمی غیر منتظره بود. "ما مدت‌هاست با این پلتفرم کار می‌کنیم. این توسعه جدید تا حدی خوش‌اقبال بود—ما کنجکاو بودیم که ببینیم این ژل‌ها به تنهایی چگونه رفتار می‌کنند، بنابراین برخی از آن‌ها را فقط بر روی یک تکه چوب مالیدیم و آن را به شعله‌های مشعل آزمایشگاه قرار دادیم. چیزی که مشاهده کردیم این نتیجه شگفت‌انگیز بود که ژل‌ها به فوم آئرژل پف کردند." پس از این کشف تصادفی، تیم سال‌ها بیشتری صرف بهبود فرمولاسیون ژل کرد. امروز، این ژل در هنگام ذخیره‌سازی پایدار است، به راحتی با استفاده از تجهیزات استاندارد پاشیده می‌شود و به خوبی به طیف وسیعی از سطوح می‌چسبد. این ژل همچنین محیط‌زیست‌پسند است و از مواد غیر سمی تشکیل شده که از قبل برای استفاده توسط خدمات جنگلداری ایالات متحده تأیید شده‌اند. محققان مطالعات بیشتری انجام دادند تا اطمینان حاصل کنند که ژل به راحتی در خاک تجزیه می‌شود و هیچ خطر محیطی بلند مدتی ایجاد نمی‌کند. اپل اطمینان می‌دهد، "آن‌ها هم برای افراد و هم برای محیط ایمن هستند. ممکن است نیاز به بهینه‌سازی بیشتری باشد، اما امیدوارم بتوانیم این ژل‌ها را در مقیاس پایلوت اعمال و ارزیابی کنیم تا از آن‌ها برای حفاظت از زیرساخت‌های حیاتی هنگام عبور آتش استفاده کنیم." تحقیقات در مجله Advenced Materials منتشر شده است.
