Daha güvenli ve daha sürdürülebilir malzemeler için büyüyen talep, alev gecikmeli alevleri yoğun scrutiny altında yerleştirdi. On yıllardır, yarı iletken çatlaklar ve yeşil alternatifler için bir yarış - şimdiye kadar kapalı yanma ve test etmek için piyasayı azalttı.
Çevre ve Sağlık Geleneksel Flamequettes'in Burden
Konvansiyonel alev gecikmeleri, özellikle de polibrominated diphenyl ethers (PBDEs), elektronik, mobilya, tekstil ve inşaatta yaygın olarak kullanılmaktadır. Yangından yoksunluk yeteneklerine rağmen, bu bileşikler, sürekli olarak polimer matrixine bağ yapmazlar.
Avrupa Birliği'nin REACH (Reistasyon, Değerlendirme, Kimyasalların Yeniden İhramanları) ve ABD Çevre Koruma Ajansı'nın Safer Seçim Programı şimdi, yarı iletken olmayan insanlar ve su yaşamlarına zorlanan sınırların belirlenmesi ve polimer işleme veya mekanik özellikler olmadan daha iyi yangın korumasına izin verilmesi gerekir.
Arama alanı çok büyük – potansiyel olarak milyonlarca organik ve inorganik bileşikler. Geleneksel deneme-ve-terör deneyi çok yavaş ve pahalı.Bu, hesaplama araçlarının oyuna geldiği, araştırmacıların sentez ve test için en umut verici adayları önceliklendirmesine olanak sağlıyor.
C ⁇ Yöntemleri Keşfedin
C ⁇ kimya, moleküler yapı, enerjik ve reaktivite içeren bir dizi teknik içerir. alev gecikmeli tasarım için, üç yaklaşım özellikle değerli hale gelmiştir:
Kuantum Kimyası ve Konsül Fonksiyonel Teorisi (DFT)
DFT hesaplamaları, bilim adamlarının bağıntısız enerjilerini, radikal stabilizasyon enerjilerini ve yanma ile ilgili tepki yol yollarını tahmin etmelerine izin verir.Bir molekülün yüksek sıcaklıklar altında nasıl kırılırsa, araştırmacılar alevlendirme radikallerini, koruyucu bir kömür oluşturup, toksik bir ürün oluşturabilirler. DFT, küçük ila orta ölçekli moleküller için son derece doğru.
Moleküler Dinamik (MD) Simülasyonlar
MD, atomların zaman üzerindeki hareketini taklit eder, polimer zincirleri ile nasıl etkileşim kurduğunu ve bir çapraz bağlantılı kar tabakasının oluşumunu nasıl etkiler.To alev gecikmeleri için polimer matriks, MD, katkı maddeleri yandığında yüzeye nasıl geçtiğini ortaya çıkarabilir, nasıl polimer zincirleri ile etkileşimler ve nasıl bağlantılanmış bir kar tabakasının oluşumuna etkiler.
Makine Öğrenme ve Yüksek Lisans Sanal Ekran
Makine öğrenimi (ML) modelleri, özellikle de rastgele ormanları kullananlar, vektör makineleri veya derin sinir ağları, birkaç saat içinde bilinen alev gecikmecilerinin veri setleri üzerinde eğitilmişlerdir.Kimyasal olmayan bileşiklerin havai ve çevresel toksikitesini tahmin etmek için. Sınırlı deneysel verilerle birlikte, MLB'nin neredeyse binlerce adayın yaklaşık olarak yüksek bir etkinliği tespit edebildiği zaman.
Önemli olarak, hesaplama taraması da çevresel kaderini tahmin edebilir. octanolwater partition katlarını (log P), biyokoncentasyon faktörlerini ve aerobik biyodegradasyon yarı-canlılıkları, araştırmacılar, biyoaccumulate'yi muhtemelen reddedebilecek bileşikleri reddedebilirler.
Eko-Friendly Flamegrids için tasarım stratejileri
Işık gericilerinin polimerlerde faaliyet gösteren temel mekanizmalar üç kategoriye girer: gaz-fay radikal gider, kontrasansör oluşumu ve intumsan (swelling and köpüking to create an insulating katmanı). Eco-friendly designs, bu mekanizmaların bir veya daha fazla yarıjenlerden daha az toksik ve daha sürdürülebilir olan elementlerden yararlanır.
Phosphorus-Based Systems
Phosphorus, H· ve OH gibi yaygın olarak araştırılan en yaygın olarak araştırılan elementtir. Bağlantılı ve kömür formasyonlarına bağlı olarak, fosforun gaz fazında da hareket edebilir - H· ve OH· - veya OH;) ve OH; polimerleşme ve kömür formasyonlarında yayınlanan bir fazda belirlenen ve birçok ticari analizde (örneğin, yüksek çözünürlükte yapılan bir miktar yüksek çözünürlükte belirlenen bir hesaplama taraması.
NitrogenBased- Katkıları
Melamin ve türevleri (melamine cyanurate, melamine polifosphorus ile) klasik olarak azot bazlı alev gecikmeleridir.Özellikle de bir dışlama ile birlikte, bir üçlü halka ile birlikte, yakıt tedarikinin aynı anda ısıtılmasına yardımcı olan azotun sinerjik etkisini azaltırlar. Örneğin, DFT hesaplamaları, bir fobik elementi birleştirerek ve belirli bir elementi birleştirebilmelerini gösterir.
Silikon Tabanlı Flames
Silikon bileşikleri - silikonlar, silikler ve sillerquioxaneler dahil - düşük toksisiteleri için dikkat edin ve RSC Advances'te yayınlanan sağlam silikon dioksit (silica) kombine sahip olan bir polihedral hepatit silücüğün bir kütüphanesini ekranda kullanmak için kullanılır.
Bio-Based ve Yenilenebilir Adaylar
Büyüyen bir eğilim doğal olarak meydana gelen moleküllerin kullanımıdır -phytic asit, lignin, tannins, chitosan - alev gecikmeleri için şüpheliler. Bu biyopolimerler, fosfor veya azotun yüksek konsantrasyonlarını içerir ve doğal olarak biyodegrad edilebilir. C ⁇ kimyası grupları kimyasal değişiklikleri nasıl teşvik edebilir (örneğin, hidroksit basıncının bozulması ve daha düşük ısıtımı) ısıtımı davranışı ile azaltacaktır.
Vaka Çalışmaları: Uygulamaya Hazırlanmadan
Vaka 1: Polipropilen için YüksekThroughput Ekran
Reçeteli (PP) otomotiv bileşenleri, ambalaj ve tekstillerde yaygın olarak kullanılır, ancak yüksek oranda flammable. Bologna Üniversitesi'nde yapılan araştırmacılar, 10.000 ticari alanda 10.000 dolarlık bir yazılım paketini değerlendirmek için DFT ile bir araya geldiler.Profesyonel bir yarı iletkenlik ve eko-profesyonellik için filtrelemeden sonra, listenin 50 adayın deneysel testini azalttılar.
Vaka 2: Makine Öğrenme Alevi Yeniden Silahsızlığı Kirlilik
Deritoksitler elektronik ve rüzgar türbini bıçaklarında kullanılır, yangın güvenliği kritiktir. Texas Üniversitesi'nde bir makine öğrenme modeli, 1.200 alev gecikmeli-epoxy kombinasyonlarını eğitmiş bir makine öğrenme modeli geliştirdi. Model düşük su toksisitesi ile neat reçinesi ile% 40 oranında kısıtladı ve bu bileşikin geçerliliğini artırmak için kullanılan bir makine öğrenimi modeli şimdiye kadar tespit edildi.
Vaka 3: Tekstil için BioBased Char Eskis
Pamuk ve diğer hücreli tekstiller, phytic asitini değiştirmek için kullanılan pamuk ve su azaltımı olmadan, alev gecikmeden önce geleneksel alev gecikmeleriyle tedavi etmek zordur.Elkylalis ve Teknoloji için İsviçre Federal Laboratuvarları (Empa) ve Basel Üniversitesi pamuk ile uyumluluk geliştirmek için kullanılan hesaplama tasarımı, dikey olarak alev testlerinde ve sıkıca O-EKO-TEX 100'ü sıkı bir şekilde dışlanmış olan toksik olmayan bir şekilde ortadan kaldırmak için zorlanır.
Deneysel Geçerlilik ve Yaşam döngüsü Değerlendirme ile entegrasyon
C ⁇ tasarımı deneyler için bir yedek değil, güçlü bir filtre ve kılavuzdur. En başarılı iş akışları hızlı deneysel doğrulama ile sanal tarama birleştirir (örneğin, termogravimetrik analiz, kone calorimetri, UL-94 dikey yanma testleri). Deneysel sonuçlar üretim yoluyla geri beslemeyi değerlendirir, kullanım yoluyla karbonat optimizasyonu.
[FONT:0]A 2020 Bilimsel Raporlarda Araştırma[Dönetici:0) Birleştirilmiş bir hesaplama- krofik-sforus-projektif olarak kullanılan alev gecikmeleri için bir optimizasyon.Süresel yaklaşım, yüksek ısı serbest bırakma oranı % 55 oranında azaltan bir fobi tespit etti ve diğer birçok fosfor aday için daha düşük bir küresel ısınma potansiyeli oldu.
Future Perspektifleri
Hesaplamalı alev gecikmeli tasarımı alanı, bilgisayar gücü, algoritma verimliliği ve veri kullanılabilirliği ile hızla ilerliyor. Birkaç trend önümüzdeki on yıl boyunca şekillendirecek:
- [FONT:0) Otomatik olarak sentetik fizibiliteye sahip olabilir.[DÜDÜT:0) Retrosynthesis motorları (örneğin, AI kullananlar) artık sanal adaylar için sentetik rotalar önerebilir, makyaj bileşikleri bu köprüler sanal vuruşlar ve gerçek dünya kimyasalları arasındaki boşlukları.
- [FONT:0)Multi-objective Optimizasyonu[Dönetici:0) Geleceğin ML modelleri aynı anda alev gecikmesi, mekanik özellikler, süreçlenebilirlik, toksisite, maliyet ve biyodegradability. Pareto-front analizi karar vericilerin ticaret-off seçmelerine yardımcı olacaktır.
- [FONT=0] Dijital yangın senaryolarının dijital ikizleri.[D) fiziksel prototiplemeden önce alev gecikmeli bir adayın performansını doğrulamak için dijital ikizler oluşturabilir.Bu, büyük ölçekli bir polimer bileşeninin sanal yangın testine izin verir (örneğin, bir uçak koltuğu) fiziksel prototiplemeden önce bir alev geciktirici adayın performansını doğrulamak için.
- [FONT=0)Açık kaynak veritabanı.[[DÜDÜT:1] Toplum, küçük araştırma grupları ve başlangıçlar için paylaşılan veritabanıdır.
- [FONT:0]Yönergesel ayarlamalar.[[Dönergesel tahminler düzenleyici kabul kazanır (örneğin, OECD QSAR modelleri için OECD kılavuzları aracılığıyla), yeni eko-dost alev gecikmeleri için gerekli olan ihtiyaçları azaltabilirler.
İşbirliği önemli kalacaktır. Chemists, gerçek dünya kimyasını yansıtan modeller ve sentetik önceliklerin uyumlu olmasını sağlamak için hesaplama bilim insanlarıyla yakından çalışmalıdır.Demokratlar biyodegradasyon ve ecotoxicity tahminlerini doğrulamak için baştan dahil edilmelidir.Ve endüstri ortakları gerçek işleme kısıtlamaları sağlayabilir (örneğin, sıcaklık sınırları).
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Eko-dost alev gecikmelerinin hesaplama tasarımı, malzemelerdeki bir paradigma değişikliğini temsil eder. kuantum kimyası, moleküler dinamikler ve makine öğrenimi sayesinde araştırmacılar, büyük kimyasal peyzajı verimli bir şekilde dolaşabilir, sadece etkili olan bileşikleri tanımlayabilirler, toksik olmayan ve çevresel olarak iyileştirici sistemler, sinerjik enerjik azot-sonuçlu sistemler, sinerjik formülasyonlar, silikon bazlı kar eskileri ve biyo-projektif adaylar, hesaplama yöntemlerinin yalnızca akademik egzersizleri değildir - gerçek alternatifleri miras alansız alevler için teslim ederler.