​Углеродные наночастицы, добавленные в воду, заставляют ее испаряться в разы быстрее. Ученые предлагают использовать такую наножидкость для тушения лесных пожаров. Стоимость противопожарных работ при этом возрастет, но всё окупится, уверены авторы исследования. Если быстро потушить огонь в лесу, он не перекинется на населенные пункты, а это миллионы рублей экономии и главное — спасенные человеческие жизни.

Способность к испарению

При соприкосновении с огнем вода нагревается до 100 градусов по Цельсию, после чего испаряется, тем самым забирая тепло у горящего предмета. Когда температура горящего вещества опускается ниже температуры его воспламенения, пожар прекращается. То есть основной вклад в тушение вносит не нагрев воды, а ее испарение. А значит, чтобы быстрее справиться с огнем, необходимо как можно скорее перейти к стадии испарения жидкости.

Ученые из Сибирского федерального университета (входит в Проект 5-100), выяснили, что, если добавить в воду углеродные наночастицы, скорость ее нагрева повышается. Наночастицы обладают меньшей теплоемкостью и большей теплопроводностью, чем вода. Из-за более низкой теплоемкости наножидкость быстрее нагревается до температуры испарения, а ее высокая теплопроводность обеспечивает быстрое распределение тепла по капле.

Частицы в черном

Для тушения пожаров были выбраны именно углеродные наночастицы. Они черного цвета, то есть вбирают больше тепла и, соответственно, быстрее нагревают воду.

–– Наилучший результат дало использование углеродистых частиц размером 50–500 микрометров, –– рассказал младший научный сотрудник научно-исследовательской части Сибирского федерального университета Александр Лобасов. –– При этом времени на прогрев и полное испарение капель потребовалось примерно в два раза меньше по сравнению с простой водой. Однако технологически создать облако капель, каждая из которых содержит крупную микрочастицу, проблематично. Поэтому целесообразно использовать наночастицы размерами от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров.

Оптимальная концентрация таких частиц в воде составляет 0,1–1%. Благодаря малому размеру углеродные наночастицы равномерно распределяются в жидкости, длительное время не выпадают в осадок и не вызывают ее расслоение.

Для создания наножидкостей необходимо закупать наночастицы, которые стоят порядка 20–30 тыс. рублей за килограмм, говорит Александр Лобасов. Для тушения лесных пожаров используют авиацию, вместительность баков чаще всего применяемого для этой цели самолета Бе-200ЧС –– 12 т воды. Но если вода может быть и бесплатной, то такой же объем наножидкости с концентрацией частиц 0,1% будет стоить порядка 240–360 тыс. рублей. Использовать более высокие концентрации экономически нецелесообразно, потому что при существенном увеличении стоимости соответственного прироста в скорости испарения не будет.

Однако если время тушения снизится, то и стоимость использования самолетов-танкеров уменьшится. Более того, если быстро справиться с лесным пожаром, он не перекинется на населенные пункты, а это еще миллионы рублей экономии, не говоря о спасенных человеческих жизнях.

Гидрофобные проблемы

Однако существует ряд особенностей применения системы из углеродных частиц и воды для тушения пожаров, которые могут привести к негативным эффектам, считает доцент кафедры физической химии СПбГЭТУ ЛЭТИ Вячеслав Альмяшев.

–– Так как углеродные наночастицы гидрофобны (то есть стараются избежать контакта с водой. –– «Известия»), то для создания наножидкостей на водной основе необходимо обеспечить гидрофильность их поверхности, — утверждает эксперт. — Это, скорее всего, увеличит стоимость продукта, а гидрофильное покрытие может негативно сказаться на свойствах системы.

Остается также вопрос, как поведут себя сами наночастицы после испарения воды. Углерод –– горючий материал, поэтому образующееся облако аэрозоля на основе углеродных наночастиц может воспламениться. Исправить эти недостатки возможно, применив в качестве добавки негорючие гидрофильные наночастицы, имеющие высокий коэффициент поглощения ИК-излучения, считает эксперт.

Источники

Черные воды: найден способ быстрее тушить лесные пожары
Coolooknews.com, 15/06/2019
Черные воды: найден способ быстрее тушить лесные пожары
NewsGra.com, 15/06/2019
Черные воды: найден способ быстрее тушить лесные пожары
Известия (iz.ru), 15/06/2019
Черные воды
Академгородок (academcity.org), 17/06/2019
Ученые объяснили увеличение площади природных пожаров в Красноярском крае
Kgs.ru, 18/06/2019
Ученые объяснили увеличение площади природных пожаров в Красноярском крае
Сибирское агентство новостей (sibnovosti.ru), 18/06/2019
Ученые СФУ предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 18/06/2019
Ученые СФУ предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 18/06/2019
В Красноярске предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
ИА Regnum, 18/06/2019
Красноярские ученые придумали способ быстрого тушения лесных пожаров
Kp.ru, 18/06/2019
Ученые СФУ предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
Новостинауки.рф, 19/06/2019
Ученые СФУ предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
UTime News (utimenews.org), 18/06/2019
Красноярские ученые предложили способ быстрого тушения лесных пожаров
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 21/06/2019

Похожие новости

  • 01/08/2017

    В РФ создано акустоэлектронное устройство с диапазоном в два раза больше, чем у аналогов

    ​Исследователи из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Москве и Сибирского федерального университета (СФУ) создали эффективное акустоэлектронное устройство на основе синтетических алмазов, сообщила в понедельник пресс-служба СФУ.
    1073
  • 10/07/2019

    Исследователи создали магнитострикционный сплав редких металлов

    ​Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами создали многофункциональные металлические сплавы, которые под воздействием магнитного поля демонстрируют одновременно два эффекта: выделение и поглощение тепла, а также изменение размеров и объема материала.
    173
  • 06/03/2019

    Красноярские ученые изобрели новый сплав для корабелов

    ​Мы привыкли, что громкие события в судостроительной отрасли — это закладка судна, спуск его на воду или подъем флага. Но нередко бывает так, что о важном не трубят на всех углах — просто где-нибудь в лаборатории ученые после многолетних исследований, наконец, добиваются успеха.
    333
  • 15/03/2017

    Молодые ученые Красноярска создают «умные нанофильтры»

    ​Молодые ученые из России и Украины приехали в Красноярск для работы над инновационным проектом. Научный коллектив создает в лаборатории мембраны, способные разделять компоненты жидких смесей. Ученые уверены: такая технология может найти свое применение в металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
    1294
  • 10/11/2017

    Ученые предложили использовать в оптоэлектронике нитрид титана вместо золота

    ​Международный коллектив ученых из России, Швеции и США предложил заменить золото и серебро, которые используют в оптоэлектронных устройствах, на недорогой материал нитрид титана. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
    794
  • 24/08/2017

    Nike пока не готов к сотрудничеству с сибирскими учеными

    Как уже сообщалось, российские ученые изобрели навигационную систему для пешеходов, которая способна работать без спутников ГЛОНАСС и GPS. Она использует датчики, которые определяют пройденный путь за счет ускорений и знания отправной точки маршрута.
    749
  • 14/06/2018

    Наночастицы нитрида титана повысят производительность оптоволоконных линий связи

    Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
    858
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    1131
  • 13/02/2018

    Ученые придали графену свойства «магнитного золота»

    ​Ученые модифицировали графен и наделили его свойствами кобальта и золота - магнетизмом и спин-орбитальным взаимодействием. Разработка поможет усовершенствовать квантовые компьютеры. Результаты исследования международного коллектива с участием российских ученых из СПбГУ и ТГУ опубликованы в журнале Nano Letters.
    605
  • 24/08/2017

    Сибирские ученые разработали ботинки с навигационной системой

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета разработали пешеходную навигационную систему, которая сможет определять координаты пользователя в плотной городской застройке, лесных массивах и даже под землей, сообщила пресс-служба СФУ.
    1315