氣候變化造成了(le／liǎo)更炎熱、更幹燥的(de)天氣，我們看到(dào)火災季節更長，野火更大(dà)、更頻繁。近年來(lái)，災難性的(de)野火摧毀了(le／liǎo)房屋和(hé / huò)基礎設施，給受災地(dì / de)區人(rén)民的(de)生命和(hé / huò)生計造成了(le／liǎo)毀滅性的(de)損失，并破壞了(le／liǎo)荒地(dì / de)資源和(hé / huò)經濟發展。我們需要(yào / yāo)新的(de)解決方案來(lái)對抗野火，保護地(dì / de)區免受損害。
斯坦福大(dà)學的(de)研究人(rén)員開發出(chū)了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種增水凝膠，可以(yǐ)噴灑在(zài)房屋和(hé / huò)關鍵基礎設施上(shàng)，以(yǐ)防止它們在(zài)野火中燃燒。8月21日發表在(zài)《Advanced Materials》雜志上(shàng)的(de)研究表明，這(zhè)種新型凝膠的(de)壽命更長，且效果顯著優于(yú)現有的(de)商用凝膠。該論文的(de)資深作者、工程學院材料科學與工程副教授Eric Appel表示：“在(zài)典型的(de)野火條件下，現有的(de)增水凝膠會在(zài)45分鍾内變幹。我們已經研制出(chū)了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種應用範圍更廣的(de)凝膠——可以(yǐ)在(zài)野火發生前進行噴灑，仍然可以(yǐ)保護建築，而(ér)且這(zhè)種凝膠在(zài)野火發生時(shí)效果更佳。”
持久的(de)保護增水凝膠由高吸水性聚合物制成，類似于(yú)一(yī / yì ／yí)次性尿布中的(de)吸水粉末。将它們與水混合并噴灑在(zài)建築物上(shàng)，它們會膨脹成一(yī / yì ／yí)種凝膠狀物質附着在(zài)建築物的(de)表面，形成一(yī / yì ／yí)個(gè)厚厚的(de)濕“盾牌”。但野火附近的(de)環境極其幹燥——溫度可能接近100度，伴有強風和(hé / huò)零濕度——甚至凝膠中的(de)水也(yě)會很快蒸發。在(zài)Appel及其同事設計的(de)凝膠中，水隻是(shì)第一(yī / yì ／yí)重保護。除了(le／liǎo)纖維素基聚合物外，該凝膠還含有二氧化矽顆粒，二氧化矽顆粒是(shì)在(zài)凝膠受熱時(shí)留下的(de)。該研究的(de)主要(yào / yāo)作者Changxin Dong說(shuō)：“我們發現了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種獨特的(de)現象，即柔軟、有彈性的(de)水凝膠在(zài)受熱時(shí)無縫過渡爲(wéi / wèi)堅固的(de)氣凝膠防護層，提供強效和(hé / huò)持久的(de)野火防護作用。這(zhè)一(yī / yì ／yí)具有環保意識的(de)突破超越了(le／liǎo)當前的(de)商業解決方案，提供了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種優越且可擴展的(de)野火防護功能。”
Appel說(shuō)：“當水分蒸幹，所有的(de)纖維素燃燒殆盡時(shí)，隻剩下組裝成泡沫的(de)二氧化矽顆粒。這(zhè)種泡沫具有高度的(de)絕熱性，最終會驅散所有的(de)熱量，完全地(dì / de)保護其下方的(de)基材。”二氧化矽形成的(de)氣凝膠是(shì)一(yī / yì ／yí)種具有多孔結構固體，是(shì)一(yī / yì ／yí)種特别好的(de)絕熱材料。類似的(de)二氧化矽氣凝膠用于(yú)太空應用，因爲(wéi / wèi)它們非常輕，可以(yǐ)阻止大(dà)多數傳熱方式。研究人(rén)員測試了(le／liǎo)他(tā)們的(de)新型凝膠的(de)幾種配方，将其塗在(zài)膠合闆上(shàng)，并将其直接暴露在(zài)手持噴槍的(de)火焰中，噴槍的(de)燃燒溫度比野火高得多。他(tā)們最有效的(de)凝膠配方持續了(le／liǎo)7分鍾多，然後木闆開始燒焦。當他(tā)們以(yǐ)同樣的(de)方式測試一(yī / yì ／yí)種市售的(de)增水凝膠時(shí)，發現它對膠合闆的(de)保護時(shí)間不(bù)到(dào)90秒。Appel說(shuō)：“傳統的(de)凝膠一(yī / yì ／yí)旦變幹就(jiù)不(bù)起作用了(le／liǎo)。我們的(de)材料在(zài)暴露于(yú)火中時(shí)會形成這(zhè)種二氧化矽氣凝膠，在(zài)所有水分蒸發後繼續保護處理過的(de)基材。一(yī / yì ／yí)旦火熄滅，這(zhè)些材料很容易被沖洗。”偶然的(de)發現這(zhè)些新型凝膠以(yǐ)Appel之(zhī)前預防野火的(de)工作爲(wéi / wèi)基礎。2019年，Appel和(hé / huò)他(tā)的(de)同事利用這(zhè)些凝膠将野火阻燃劑附着在(zài)植被上(shàng)，每次可保持數月。該配方的(de)目的(de)是(shì)防止易發生野火的(de)地(dì / de)區起火。Appel說(shuō)：“我們已經與這(zhè)個(gè)平台合作多年了(le／liǎo)。這(zhè)次的(de)新進展有點偶然，我們想知道(dào)這(zhè)些凝膠會如何自行發揮作用，于(yú)是(shì)我們就(jiù)把一(yī / yì ／yí)些凝膠抹在(zài)了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)塊木頭上(shàng)，然後将其暴露在(zài)實驗室内放置的(de)火炬的(de)火焰中。我們觀察到(dào)了(le／liǎo)這(zhè)個(gè)非常酷的(de)結果，凝膠膨脹成了(le／liǎo)氣凝膠泡沫。”在(zài)取得初步成功後，研究人(rén)員又花費了(le／liǎo)數年時(shí)間對配方進行優化。這(zhè)種凝膠現在(zài)儲存穩定，可以(yǐ)用标準設備輕松噴灑，而(ér)且能很好地(dì / de)附着在(zài)各種表面上(shàng)。這(zhè)種凝膠由無毒成分制成，已經獲得美國(guó)林業局批準使用，研究人(rén)員進行的(de)研究表明，它們很容易被土壤微生物分解。Appel說(shuō)：“它們對人(rén)和(hé / huò)環境來(lái)說(shuō)都是(shì)安全的(de)。可能還需要(yào / yāo)進一(yī / yì ／yí)步優化，但我希望我們可以(yǐ)對這(zhè)些凝膠進行中試規模的(de)應用和(hé / huò)評估，這(zhè)樣我們就(jiù)可以(yǐ)在(zài)火災發生時(shí)使用它們來(lái)保護關鍵基礎設施。”這(zhè)項工作的(de)其他(tā)參與者來(lái)自加州州立理工大(dà)學。這(zhè)項工作由戈登與貝蒂·摩爾基金會（Gordon & Betty Moore Foundation）、施密特科學研究員（Schmidt Science Fellows）和(hé / huò)美國(guó)國(guó)家科學基金會（ National Science Foundation）資助。
