温度升高:材料过热时热致变色涂料会发出警告

 扎法尔·伊克巴尔

新泽西理工学院的研究人员开发出一种用于涂料和包装的涂料,这种涂料在高温下会变色,向处理材料或设备的人员发出视觉警告,因为这些材料或设备在过热时可能会发生故障、爆炸或引起烧伤。

该技术由位于皮卡汀尼兵工厂的美国陆军装备研究发展与工程中心 (ARDEC) 委托并资助,旨在应对伊拉克战争期间沙漠中的危险条件,例如,士兵报告称弹药附近的温度有时会超过 190 华氏度,远远超过了炮弹的设计极限。

“如果能有某种经过校准的温度触发信号警告,‘不要靠近或捡起这个贝壳!’那就太好了,”化学与环境科学系研究教授、NJIT/ARDEC 联合研究团队负责人 Zafar Iqbal 说道。这种材料被称为“热指示组合物”,可用作涂层或包装上的标记,它会根据从约 95 华氏度开始的一系列温度,从蓝色变为红色。今年 5 月,该材料获得了美国专利

“我们基本上修改了商用涂料,并引入了基于纳米技术的概念来定制触发温度,”Iqbal 解释说,并补充说他的实验室正在开始开发可以通过喷墨打印机涂抹的与涂料相关的油墨。

他目前的研究源自霍尼韦尔公司(Honeywell)和联合公司(Allied Corp.)的早期工作,该研究成果是一种嵌入了感色材料的“智能涂层”,可以指示某种物质暴露在足以损害其功能的高温下的时间。这种时间-温度装置已被世界卫生组织广泛使用,例如疫苗包装标签。

时间-温度编码对于弹药也很重要,因为弹药可以储存多年并长途运输。到目前为止,还没有一种经济有效的方法来识别弹药何时经历了严重暴露,包括几天的时间。武器容器中的热稳定剂可能会因长时间暴露在高温下而耗尽。伊克巴尔表示,编码将包含在热指示涂料中,作为陆军最终产品的一部分。

该技术还有更广泛的应用前景,包括作为工厂机器、家用电器和工具的温度指示器,发出危险的温度信号,或向消防员发出警告,告知涂有热涂料的门另一侧火势的强度。在最近的一次博览会上,几家大公司初步表达了对该技术的兴趣。该专利由新泽西理工学院和美国陆军共同拥有;新泽西理工学院计划将该技术商业化。

伊克巴尔目前正在撰写一本名为《纳米材料科学与技术》的书,该书将由剑桥大学出版社出版,他已获得 22 项涉及多种技术的美国专利。

1969 年,他在剑桥大学获得博士学位,两年后加入新泽西州皮卡汀尼兵工厂的费尔特曼研究实验室,多年来一直与美国陆军合作。在剑桥大学,他在著名的卡文迪什实验室进行研究,该实验室取得了许多重大科学进步,例如发现电子和 DNA 的双螺旋结构。他曾在陆军担任研究科学家,直到 1977 年,之后他重返教学和研究领域工作了几年,然后在霍尼韦尔及其前身 Allied 和 Allied Signal 担任高级首席科学家和项目经理近 20 年,之后加入 NJIT。

Iqbal 目前正在开发一种相关技术,可以发出信号表明产品是否因力量、冲击或暴露于致癌物质等危险化学物质或辐射而受到损坏。

“智能编码涂层就像智能皮肤——它会提供视觉或传感信号来告诉你是否存在问题,”他说,并指出美式足球使用的运动头盔将是一个潜在的应用,帮助教练判断球员是否受到了头部的致命一击。

新泽西理工学院 (NJIT) 是美国领先的公立技术大学之一,也是一所顶级研究型大学,致力于培养学生成为 21 世纪技术型经济的领导者。NJIT 的多学科课程和计算密集型教育方法提供了技术能力、商业敏锐度和领导技能。NJIT 招收了超过 10,000 名研究生和本科生,提供小型校园与主要公立研究型大学的资源的亲密关系。NJIT 在太阳能研究、纳米技术、弹性设计、组织工程和网络安全等领域处于全球领先地位。NJIT 在美国理工大学的研究支出排名第五,位居榜首$1.1 亿美元,根据 PayScale.com 的统计,其教育投资回报率在公立学院和大学中名列前 1%。