安全气囊：“爆炸”也可以救命？

提到爆炸，大家想到的多是危险甚至生死攸关的场面。不过，事物都有两面性，有爆炸危险的化学物质如果得到合理利用，也能造福人类，例如汽车里的安全气囊，其工作过程被称为“拯救生命的爆炸”。

车祸带来的灵感

汽车带来的高效与便捷，改变了人类的生活方式。但是，伴随着汽车功率和时速的提高以及高速公路的兴起，行车安全事故越来越频发。对此，人们不得不考虑在车祸发生时，该如何减少人身伤害。

20世纪50年代，亲历一次车祸后，美国工程师约翰·赫特里克（John W. Hetrick）萌生了在汽车上安装安全气囊的想法——减少汽车受撞击时产生的巨大冲击力对驾驶员和乘客的伤害。当时他给出的方案是利用压缩空气作为缓冲物质——也就是在汽车上安装一个充满压缩空气的钢瓶——当车祸发生时，将空气释放到气囊中充当一个缓冲垫。

但这种安全气囊的缺陷显而易见：压缩空气钢瓶不仅占用空间，增加汽车重量，其本身还存在爆炸隐患。更关键的是，压缩空气不能得到迅速释放。

有没有不占用空间，且只在剧烈碰撞发生时才会充气的安全气囊呢？

“脾气略好”的爆炸家族成员

经探索，汽车工程师把目光转向了叠氮化钠（NaN3）这种化学物质。叠氮化钠属于叠氮盐，由带正电的钠离子和带负电的叠氮离子构成。其中，叠氮离子由3个氮原子连成一串组成，像叠罗汉一样，因此被命名为“叠氮”。叠氮盐有一个共性就是“脾气火爆”——受到热、撞击和强光等刺激后容易爆炸，转化为氮气和金属。

叠氮化钠是一种白色结晶固体，在叠氮盐中属于“脾气略好”的成员，相对稳定些。它可以在受控条件下分解为金属钠和氮气，因此被选中作为安全气囊的起爆物质。据统计，平均每辆汽车携有300克叠氮化钠，可以释放出155升氮气，足以充满安全气囊。

不过，虽然氮气是无害气体，但金属钠却非常活泼。尤其在接触水后，它会发生剧烈的化学反应并产生有腐蚀性的氢氧化钠，可能对车内人员造成二次伤害。为解决此问题，工程师在叠氮化钠中加入了硝酸钾和二氧化硅——叠氮化钠爆炸分解产生的金属钠会与硝酸钾和二氧化硅发生化学反应，生成安全无害的硅酸钠和硅酸钾，从而提高了气囊的安全性。

此外，安全气囊系统还包含碰撞传感器、控制系统、点火元件、尼龙材质气囊等部分。整个安全气囊通常以折叠状态被安置在方向盘的衬盖中及副驾驶座位对面的仪表板里，有些车辆还会在车顶、车门和座椅等处内置安全气囊。

救命的0.03秒

包含叠氮化钠的安全气囊系统是如何工作的呢？

当意外发生时，位于车头前方左右两端的碰撞传感器会感受到车体的失速状态，继而通过控制系统发出电信号；点火元件接收到传来的电信号后，启动电加热程序，其中的叠氮化钠受热后会在短短的0.03秒内发生爆炸反应。

爆炸后释放的氮气会迅速将折叠状态的气囊撑开、充满、弹射出来，挡在方向盘、仪表板与驾驶员和前排乘客间。不仅如此，气囊上还有微小的气孔，能逐渐释放气囊中的氮气，让其充分发挥缓冲作用的同时也不影响人的活动。

研究表明，发生车祸时正确使用安全气囊，车内驾驶员的死亡率能降低29%，副驾驶座位乘客的死亡率能降低32%，真可以说是“爆炸救了命”！

安全气囊工作原理示意图（供图/ 薛斌）

汽车安全气囊系统历经迭代，最终巧妙利用剧烈的化学反应实现了有效的安全保障，是科学技术为人类带来福祉的一个缩影。如果你是汽车工程师，想要发明什么系统来保护大家呢？

知识拓展  叠氮化钠的另一面

虽然安全气囊中的叠氮化钠可以救命，但它不仅有毒性，还可以与水发生化学反应，生成有高度爆炸性且有毒的叠氮酸。此外，叠氮化钠还可以与金属铜或铅等反应，生成更加危险的叠氮化铜或叠氮化铅。

所以，在处理废弃车辆的安全气囊时，我们要格外小心地處理其中的叠氮化钠，决不能让它暴露在环境中。

小贴士

“道路千万条，安全第一条。”安全气囊是汽车上一种被动安全配置，虽然能降低受伤与死亡概率，但安全驾驶才是关键。另外，安全气囊的使用有许多注意事项，例如要同时系好安全带、安装位置不能放置物品、小朋友不坐副驾驶位置等。大家要多了解才能保证安全哟！