显示纤维预热和加热后的图像

来源:©Empa

纤维在150°C加热前(左)和加热后(右)的外观

一种高性能纤维涂层在暴露于破坏性高温(如火灾或摩擦)时会变色由瑞士的研究人员开发.这种涂层纤维可以用来制造消防队员和攀岩者使用的自我诊断安全绳索,或者用于建筑工地吊重物的悬挂绳索。

当消防员冲进燃烧的建筑物救人时,他们的身后通常拖着一根安全绳。有了这个系绳,他们就可以从烟雾中找到出路,带领其他消防员找到他们,在最坏的情况下,他们还可以被外面的同事拉出危险。不幸的是,暴露在高温下会削弱用于制造这种安全绳的纤维,使它们面临撕裂的风险,而有时却没有迹象表明它们已经受损,需要更换。

为了解决这个问题,材料科学家德克·赫格曼瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究员和他的同事们发明了一种涂层,当加热到临界温度以上时,它的颜色会从蓝色变成白色。该涂层通过溅射应用于纤维表面,其特点是有一层反光银基础层,一层钛-氮氧化物中间层,以保持银的稳定,还有一层20纳米厚的非晶态锗-锑-betway必威游戏下载大全碲表层。在高温下,这最后一层结晶,导致光干涉变化带来的颜色变化。

根据研究小组的说法,发生颜色变化的确切点可以在100-400℃的温度范围内通过调整非晶层的组成来调节,使其适应底层纤维的耐热性。在这项研究中,研究人员在PET和Vectran制成的纤维上测试了涂层,这两种纤维分别在150°C和300°C时受损。

“然而,其他正在使用的纤维,如凯夫拉纤维,其强度下降的过程更为缓慢。”因此,不同的涂层成分可以用来感知温度历史,”Hegemann说。

有一个特别的挑战需要克服——目前,这种涂层的保质期有限。“不幸的是,相变材料在几个月后就会氧化,”Hegemann解释道。在此之后,热驱动结晶将不会发生,绳索将失去标记弱点的能力。

Hegemann补充说,提高这种寿命是未来研究的一个主题,同时还将与纺织公司合作开发面向应用的纤维。