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    具有變色涂層的高性能纖維使機械應力可見

    暴露在高溫下的高性能纖維通常會失去其機械性能,而無法檢測到,并且在最壞的情況下,當生命取決于它們時,它們可能會精確撕裂。例如,消防隊使用的安全繩或吊索在建筑工地上的重物。Empa的研究人員現在已經開發出一種涂層,該涂層在暴露于高溫下時會因摩擦或著火而變色。

    消防員沖入燃燒的建筑物,并逐個房間系統地搜索需要救援的人員。固定在他身上的是另一根安全繩,他的同事們正在大樓的外面等候。在緊急情況下-如果他出于任何原因失去知覺-他們可以將他從建筑物中拉出或跟隨他進入建筑物進行救援。但是,如果該繩索在先前的操作中暴露于過多的熱量,則可能會撕裂。這意味著生命危險!到目前為止,還沒有注意到這種繩子損壞的方法。來自Empa和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員團隊現已開發出一種涂層,該涂層會因與熱的物理反應而變色,從而清楚地表明繩索在將來是否會繼續提供其所承諾的安全性。

    蘇黎世聯邦理工學院和Empa的研究人員于2018年開發了一種涂層系統,作為碩士論文的一部分,Empa團隊現在可以將其應用于纖維。Empa先進纖維實驗室的Dirk Hegemann說:“這是一個涉及多個步驟的過程。” 最初的涂層僅在光滑的表面上起作用,因此首先必須對該方法進行調整,以使其也可以在彎曲的表面上起作用。Empa在纖維涂層方面擁有廣泛的專業知識,Hegemann和他的團隊過去已經開發出導電纖維(請參閱鏈接)。所謂的濺射工藝現在也已成功應用于最新涂層。

    薄晶圓層效果顯著

    需要三層以確保纖維在加熱時實際上會變色。研究人員將銀應用于纖維本身,在這種情況下為PET(即聚酯)和高科技纖維VectranTM。這用作反射器,換句話說,用作金屬基層。接下來是鈦氮氧化物的中間層,該中間層可確保銀保持穩定。然后才跟隨導致顏色變化的無定形層:鍺銻碲(GST),厚度僅為20納米。當該層暴露于高溫時,它會結晶,從而將顏色從藍色變為白色。顏色變化基于一種稱為干擾的物理現象。兩個不同的波(例如光)會相遇并相互放大或減弱。根據熱敏層的化學組成,可以將這種顏色變化調整到100到400度之間的溫度范圍,從而適應纖維類型的機械性能。

    量身定制的解決方案

    變色纖維的可能應用領域仍處于開放狀態,Hegemann當前正在尋找可能的項目合作伙伴。除了用于消防員或登山者的安全設備外,這些纖維還可以用于生產設施,建筑工地等處的承重繩。無論如何,對這一主題的研究還遠遠不夠。目前,不可能長時間存儲纖維而不喪失其功能性。Hegemann說:“不幸的是,相變材料會在幾個月的時間內被氧化。” 這意味著即使有熱量也不再發生相應的相變(結晶),繩索因此失去了“警告信號”。無論如何,已經證明該原理有效,并且耐久性是未來研究的主題,黑格曼說。“一旦業界第一批合作伙伴對我們自己的產品產生了興趣,就可以根據他們的需求進一步優化纖維。”

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