Page 86 - 《精细化工》2022年第10期

·2020· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

有广阔的应用前景。LAN 等 [36] 提出一种具有交替结 应用，是火灾预警传感领域未来的重点发展方向之一。
构的 MXene/聚合物涂层织物，用于电子屏蔽和火安
2 MXene 气敏型火灾传感器
全防护。其 THR 为 8.4 kJ/g，远低于原始织物，该
混合涂层作为出色防火屏障，可以在发生意外火灾 2.1 预警机制
时保护人类及电子设备。 火灾产生的烟气是造成人员伤亡的主要原因。
HUANG 等 [37] 开发了一种膨胀型 MXene 基阻燃 而且，因可燃材料的化学成分和燃烧条件不同，其
纳米复合涂料，然后将其喷涂在硬质聚氨酯（RPU） 烟气成分和释放量也不同。由于某些特征气体在火
泡沫上，随后将其暴露在紫外线下固化，其制备过 灾的早期阶段比烟雾和升温更早出现，监测火灾特征
程示意图见图 5。该泡沫表现出快速的自熄性，并 气体可以显著提高早期火灾警报的灵敏度和有效性。
且发热量和烟气量显著减少。涂层在燃烧过程中快 研究表明，MXene 独特的表面活性缺陷位非常
速生成的焦炭与 MXene 网络相结合，可以用作物理 适合吸附各种气体分子，气体吸附/脱附过程会影响
屏蔽，有效地延迟热量和挥发性产物的释放，保护 MXene 的整体电导率。并且 MXene 具有较大的比
基材免于进一步燃烧。由此可见，这种 MXene 基阻 表面积，其表面官能团的数量和种类对气体的选择
燃涂层可以很好地用于实际火灾场景中。 性和灵敏度也有一定的影响。通过调节表面缺陷位

点和官能团的数量及种类可以增强 MXene 的吸附
选择性和气敏性，使 MXene 成为优良的气体敏感材
料 [20] 。表 1 展示了基于 MXene 材料制备的不同气体
传感器的应用数据。可以看出，气体传感器对火灾
不同阶段的特征性气体及危险爆炸可燃气体都有很
好的传感响应特性，在火灾预警传感器领域展现出
巨大的潜力。

表 1 基于 MXene 材料的气体传感器
Table 1 Gas sensors based on MXenes
传感 响应 灵 参考
检测限 亮点
材料 气体 敏度/% 文献
高稳定性（2000
–5
MXene/rGO NH 3 6.77 5.0×10 [39]
次循环），室温
宽响应范围
–5
–4
–4
6.13 5.0×10 （1×10 ~7×10 ），[40]
Ti 3C 2T x MXene NH 3
室温

图 5 MXene 基复合材料涂层涂覆 RPU 泡沫示意图 [37] 肖基特势垒的
–6
Fig. 5 Schematic diagram of coating RPU foam with MXene- Ti 3C 2/TiO 2 NO 2 16.02 5.0×10 调控 [41]
based composite material [37]
–3 高稳定性（30 d），
MXene/SnS 2 NO 2 115.00 1.0×10 [42]
ZENG 等 [38] 在可燃材料表面通过层层自组装法 室温
厚度影响分析，
制备了一种多功能防火纳米涂层。由于 MXene 出色 Ti 3C 2T x MXene CO 4.26 1.0×10 [43]
–4
室温
的导电性和独特的热电特性，该纳米涂层具有精确 –5
MXene/Co 3O 4 HCHO 9.20 1.0×10 湿度增强，室温 [44]
的温度传感能力。当被烧毁时，其能够在不到 4 s 超快响应速率
–4
内触发火警系统。且由于材料体系中层状蒙脱土 MXene/聚苯胺 C 2H 5OH 27.40 1.5×10 （0.4 s），室温 [45]
（MMT）和 MXene 的存在，两者共同的阻隔和催 Ti 2CT x MXene CH 4 68.00 1.0×10 光催化增强，室温 [46]
–3
化成炭作用使得该涂层表现出优异的阻燃性，极限 MXene@Pd H 2 23.00 4.0×10 原位检测，室温 [47]
–2
氧指数达 40.0%，垂直燃烧测试达到 UL94 V-0 等级。 –6 电化学激发
MXene@Ag H 2S 8.07 1.0×10 [48]
此外，该涂层还表现出灵敏的压阻传感能力，使其 增强，室温
–6
α-Fe 2O 3/MXene 丙酮 16.60 5.0×10 高选择性，室温 [49]
可以应用于消防员运动检测。该工作为多功能智能
–4
Mo 2CT x MXene 甲苯 2.81 1.4×10 高选择性，室温 [50]
防火涂层的制造和应用提供了新的方案。
注：检测限均为体积分数。
随着 MXene 阻燃预警涂层在作用机理、结构设

计、涂覆工艺等方面取得较大进展，在可燃基材表面 2.2 气敏型传感器
涂覆 MXene 火灾预警传感涂料，既不影响材料本身的 2.2.1 MXene 传感器检测 NH 3
特性又能赋予材料火灾预警功能，适合于大批量工业 一些含氮危化品燃烧会产生 NH 3 等有毒有害气