Page 88 - 《精细化工》2022年第10期

·2022· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

图 7 三维褶皱 MXene/ZnO 柔性气敏传感器的制备示意图 [52]
Fig. 7 Schematic illustration of the preparation of 3D crumpled MXene sphere/ZnO and flexible gas sensing device [52]

2.2.3 MXene 传感器检测 CO 苯胺（PANI）/MXene 纳米复合材料，制备出室温
CO 是火灾中最常见的毒性气体，极易与血红蛋 下即可对乙醇气体具有高选择性的柔性传感器。该
白结合形成碳氧血红蛋白，使其丧失携氧的能力和 器件实现了超快响应速度（0.4 s，乙醇体积分数
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作用，导致人体组织窒息、甚至死亡。因此，有必 1.50×10 ），这是所有已知的室温乙醇气体传感器中
要采用高效传感材料检测火灾中产生的 CO，并在气 响应速度最快的器件之一（图 6d）。ZHU 等 [56] 通过
体扩散之前进行预警。并且 GB 15322—2019《可燃 基 于胶体溶 液的真空 过滤工艺 制备了一 种
气体探测器》中规定，探测 CO 的探测器，其报警 MXene@Pd 薄膜传感器，该传感器在室温下，无论
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设定值应在体积分数 1.5×10 ~3.0×10 范围。 是在平坦或弯曲状态下，都显示出良好的 H 2 响应
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JIAN 等 [43] 基于 MXene 设计了一种 CO 及 NH 3 性。当 H 2 体积分数为 4.0×10 时，其响应时间仅为
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气体传感器，其在 CO 气体体积分数 1.0×10 时灵敏 32 s，灵敏度达到 23.0%。
目前，MXene 己被证明可在室温，甚至低温下，
度可达 4.26%。而且其灵敏度随着 MXene 传感层厚
都具有良好的气体响应性，这将有效解决传统金属
度的减少而升高。当 MXene 层厚度为 15 nm 时，其灵
氧化物气体敏感材料受限于工作温度较高的问题，
敏度仅为 0.35%，而当厚度薄至 2.5 nm 时，其对 NH 3
因此，MXene 对于构建室温下高灵敏度、高选择性
的灵敏度可达 9.40%，表现出优异的气体响应性。
的气体传感器具有很大的潜力。虽然 MXene 作为气
2.2.4 MXene 传感器检测其他气体
体敏感材料，其本身具有稳定的气体响应性以及气
NH 3、NO 2、CO 等是火灾中常见的特征气体，监
体选择性，但灵敏度较低仍是其不足之处，未来仍
测这些气体可以实现火灾超早期预警，预示着 MXene
需对 MXene 进行深入处理，如对其进行掺杂、化学
气敏传感器在火灾预警领域亦拥有广阔的应用前
改性、表面官能团修饰或缺陷修饰等，以期获得具
景。但不限于以上几种传统火灾特征气体，MXene 气 有更优良特性的 MXene 基气体敏感材料和器件，这
敏传感器同样可以有效检测如甲醛 [44,53] 、乙醇 [45] 等
对于将其应用于火灾预警领域中具有重要意义。
挥发性有机物，并且在火灾初期时，聚合物基体燃
烧后也会释放爆炸性气体（如甲烷 [54-55] 、氢气 [56] 等）。 3 MXene 火灾预警器的发展趋势
对于这些挥发性气体和爆炸性气体的快速检测，有
利于缩短火灾预警触发时间，将大幅降低火灾造成 以 MXene 为代表的新型二维纳米材料可以灵
的人员和财产损失。且 GB 15322—2019《可燃气体 敏地感知外界火灾参数的变化，在火灾预警器领域
探测器》中规定，新型探测器的报警检测下限不应 具有突出的应用潜力。目前，研究人员针对 MXene
低于 1%（体积分数），这更加促进新型火灾预警器 基火灾预警器，考虑赋予器件自修复性、电磁屏蔽
向精确检测低浓度气体的方向发展。 性、疏水性等多功能性，同时将其与物联网联动实
ZHANG 等 [44] 制备了一种由压电纳米发电机驱 现智能消防，使其更适合复杂环境和实际工程应用。
动的、在室温下工作的 MXene/Co 3 O 4 复合传感器。 表 2 列出部分已开发出的多种功能化和智能化的火
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随着甲醛体积分数从 1.0×10 增加到 1.0×10 ，其对 灾预警器件。从表中可见，目前新型器件的触发时
甲醛显示出良好的响应特性和极快的响应速度（图 间都在 5 s 以内，远远低于传统的火灾预警器（~100 s），
6c）。气体传感机制归因于 MXene 与 Co 3 O 4 之间的 且其在智能可穿戴、电子屏蔽和航空航天等领域展
协同界面相互作用。ZHAO 等 [45] 通过合成高活性聚 现出强大的实际应用潜力。