Page 84 - 《精细化工》2022年第10期
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·2018·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

            温度传感器。其在宽温度范围（–36~60  ℃）内表现                        火灾预警传感器和消防应用提供了一个新的视角。
            了出色的柔韧性和导电性，并且在大于 7 d 的室外                              MAO 等   [30] 报道了一种简单、绿色的策略来制
            环境中显示出长期的稳定性，因此，具有用作火灾                             备聚乙烯吡咯烷酮修饰的 Ti 3 C 2 T x  MXene 纸（如图
            预警传感器的潜力。除去其高导电性和高导热性，                             3b 所示），将 MXene 水溶液与 PVP 溶液混合后，两
            MXene 还具有独特的二维片层结构，可作为聚合物                          者形成的稳定网络结构得益于其间的共价键和氢
            阻燃的物理屏障；此外，研究还表明在燃烧过程中                             键。所制备的阻燃 MXene 纸具有超快的火灾预警响
            在 MXene 表面形成的致密 TiO 2 纳米颗粒层对烟雾                     应（~1.8 s）和恢复时间（~1.0 s），以及 100 个周期
            和有毒气体具有催化衰减和屏障作用                  [26-27] ，因此，     的循环预警能力。分析表明，在火焰侵袭时，聚合
            可采用 MXene 材料来制备超灵敏温敏型火灾预警                          物分子的热裂解促进了 MXene 纳米片的氧化，形成
            传感器。                                               了紧密的鱼鳞状 C/N 掺杂 TiO 2 网络，产生从绝缘态
                                                               到导电态的剧烈电阻转变，从而触发了火灾预警信
                                                               号。更有趣的是，即使在户外暴露 1 年后该预警纸
                                                               仍能提供火灾警报响应，其为可重复使用的、耐候
                                                               性好的火灾预警设备提供了新的概念和策略。
                                                                   此外，JIAO 等   [31] 通过真空抽滤辅助交替自组装
                                                               法制备了超坚固的多层层压 MXene 纸（如图 3c 所
                                                               示），将纤维素纳米纤维（CNF）和 MXene 水溶液交
                                                               替真空抽滤至纤维素微孔滤膜（0.22μm）上，该复合
                                                               纸由 5 层 CNF 层和 4 层 MXene 层组成，再用丙酮溶
                                                               解纤维素微孔滤膜，得到多层层压 CNF/MXene 纸。
                                                               独 特 的仿贻 贝结构 赋予 该纸出 色的 拉伸强度

                       图 2   温敏传感器预警机制       [22]              （114.4 MPa）、断裂伸长率（2.8%）和杨氏模量（4.1
            Fig. 2    Early warning mechanism of temperature sensitive
                   sensor [22]                                 GPa）。并且该纸的峰值放热率相较于纯 CNF 降低了
                                                               77.8%，表明该纸具有极好的阻燃性。LI 等                [32] 利用
            1.2   温敏型传感材料                                      GO、Ti 3 C 2 T x  MXene 以及 PA 修饰的阻燃纤维素纸，
                 目前，基于 MXene 材料设计的温敏型火灾预警                      设计了一种智能火灾预警器（如图 3d 所示），先将
            传感器可分为纸类和涂层类。相比较而言，MXene                           纯纤维素纸浸入 PA 溶液中，室温干燥，得到植酸
            阻燃预警纸的制备方法多样快速、且更易重复使用，                            修饰的纤维素纸，再将其浸入均匀的 GO 和 MXene
            更适用于电子微型器件领域            [28] 。而 MXene 阻燃预警         的混合溶液中，最终得到 PA@MXene/GO 纸，与纯
            涂层既不影响材料本身的特性又能额外赋予材料火灾                            纤维素纸相比其 PHRR 值下降了 46.7%，且其设计
            预警的功能，更适合于与现有材料结合和工业化应用。                           的阻燃火灾预警器十分灵敏，触发时间仅为 2 s。
            1.2.1  MXene 阻燃预警纸                                     虽然 MXene 具有优异的机械性能及较大的层
                 MXene 阻燃预警纸的触发主要是通过 MXene                     状结构，均有利于构筑多级有序结构的纸状材料，
            纳米片的受热氧化，阻燃预警纸的电阻值在极短的                             赋予其超高的温度敏感特性。但是阻燃性仍有待进
            时间内产生剧烈变化，从而触发火灾预警信号。目                             一步提高，后续可以考虑利用高效阻燃剂与 MXene
            前，研究者们对 MXene 阻燃预警纸的制备开发已经                         来协效阻燃，最终得到具有超快响应时间、超高阻
            进行了广泛的研究应用。                                        燃性、循环性好且安全稳定的 MXene 阻燃预警纸
                 ZHANG 等   [29] 通过静电纺丝和真空抽滤辅助技                 材料。
            术，以简便、经济和大规模生产的方式制备了一种                             1.2.2  MXene 阻燃预警涂层
            新的形状记忆热塑性聚氨酯（SMPU）/MXene 纸作                            涂层的使用是聚合物材料提高其火安全性的最
            为火灾预警传感器（如图 3a 所示），先用静电纺丝                          有效方法之一      [33] 。然而，涂层在焦炭形成过程中大
            技术得到 SMPU 纯膜，再将用 HCl/LiF 体系刻蚀剥                     量释放热量和烟雾，往往在火灾中显示出“负面影
            离得到的 MXene 水溶液通过真空抽滤的方法负载                          响”。开发能够降低其“负效应”并同时增强耐火炭
            到纳米纤维膜中得到 SMPU/MXene 纸。当环境温度                       层的阻隔效应的纳米复合涂料是特别理想的策略。
            高于 SMPU 的转变温度时，SMPU/MXene 纸能够提                     由于涂层在可燃基材之前接触到火焰，在接触火焰
            供稳定的检测信号和理想的火灾预警响应，且放热                             后（可燃材料燃烧前），电阻信号会发生明显的变化
            峰值（PHRR）和总热释放量（THR）与纯聚合物相                          （如图 4 所示），从而降低火灾预警时间，提高火灾
            比分别降低了 66.0%和 49.8%。这项工作为设计早期                      预警效率    [34] 。
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