Page 89 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 金 旭，等: MXene 在火灾预警传感器中的应用研究进展 ·2023·

表 2 现有几种基于 MXene 材料的预警器件
Table 2 Several MXene-based fire early warning devices
材料体系 触发时间/s 火安全 潜在应用领域 发表年份 参考文献
MXene/CCS@CF ~3.8 LOI (45.5%), PHRR (74.4 W/g) 可穿戴电子纺织品和火灾预警器 2021 [57]
SMPU/MXene ~4.0 HRR (~140 W/g), THR (~24 kJ/g) 过电保护和火灾预警器 2021 [29]
MXene/PEI — PHRR (138.3 W/g), THR (8.4 kJ/g) 电磁干扰屏蔽和防火保护 2021 [36]
PLCNF/gelatin/MXene ~1 LOI (32.0%), PHRR (30.1 W/g) 电磁屏蔽和火灾预警器 2021 [58]
PVP/MXene ~1.8 — 用于消防安全和预防的火灾循环报警传感器 2022 [30]
PA/MXene/GO ~2.0 PHRR (97.5 W/g) 火灾早期探测预警中的无线信号转换 2022 [32]
PI@MXene ~5.0 HRR (~25 W/g), 1 s 内自熄 智能机器人、航空航天和火灾预警器 2022 [59]
MXene/cellulose ~4.0 — 消防员运动检测和火灾预警器 2022 [38]
注：CCS@CF 为羧甲基壳聚糖@棉织物；LOI 为极限氧指数；PHRR 为热释放峰值；HRR 为热释放速率；THR 为总热释放量；
SMPU 为形状记忆聚氨酯；PEI 为聚乙烯亚胺；PLCNF 为磷酸化木质纤维素纳米纤维。

3.1 MXene 火灾预警器的多功能化 此外，ZENG 等 [38] 在易燃材料表面构建了受皮
3.1.1 火安全与可穿戴 肤启发的多功能智能防火纳米涂层（MFNC）。由于
随着智能服装的快速发展，柔性可穿戴器件的 MXene 具有优异的导电性和热电性能，MFNC 表现
需求量剧增 [20] 。然而，开发具有火安全性能的柔性 出准确的温度传感，并在燃烧不到 4 s 内触发火灾
可穿戴器件仍是一个巨大的挑战。 预警系统。此外，复合材料的 LOI 值增至 40.0%，
WANG 等 [57] 通过在棉织物上涂覆 MXene 纳米 并达到了垂直燃烧 UL94 V-0 等级，具有优异的阻燃
片和羧甲基壳聚糖（CCS），开发了一种具有温度感 性。更重要的是，MFNC 具有良好的自愈性能，其
应、压力响应、阻燃和焦耳加热功能的新型防火棉 火灾预警性能在受损后可迅速恢复。此外，MFNC
织物（MXene/CCS@CF）。其不但具有精确的温度 具有灵敏的压阻传感能力，可以实时监测消防员的
传感性能，而且能在不到 10 s 内反复触发火灾预警 运动状态（如图 9 所示）。不可否认，它为柔性可穿
系统。更重要的是，由于 MXene 和 CCS 之间的协 戴火灾预警器的制备和应用提供了可能。
同炭化作用，MXene/CCS@CF 具有出色的阻燃性。 3.1.2 火安全与电子屏蔽
极限氧指数高达 45.5%，垂直燃烧测试后的焦炭长 液晶显示器、可穿戴设备、触摸屏等高性能智
度仅为 33 mm。同时，其峰值放热率降低了 66%。
能电子设备极大地便利了人们的生活。但随之而来
此外，所获得的织物可以检测各种人体运动。这项
的电磁辐射不但会导致这些智能电子设备故障，而
工作为制造下一代火安全棉织物提供了一种简便的
且会在一定程度上影响人体健康。环境友好、防火
方法，展示了其在安全消防、家庭自动化和智能可
安全的轻质电磁干扰（EMI）屏蔽材料在民用电子
穿戴等领域中的应用前景（如图 8 所示）。 [60] [58]
设备中具有迫切的现实意义 。LI 等 提出了一种
独特的策略，将磷酸化木质纤维素纳米纤维、明胶
和 MXene 整合成杂化复合材料（PGM 气凝胶），其
具有超轻重量和高孔隙率。由于三元混合物的协同
阻燃作用，PGM 气凝胶表现出优异的阻燃性能和极
短的触发时间（~1 s）。该气凝胶的极限氧指数高达
32.0%，最大释热率为 30.1 W/g，在 8.2 GHz 处还表
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现出 1.423 dB·m /g 的电磁屏蔽效能。因此，这种
PGM 气凝胶在火灾预警及电子设备领域具有潜在
的应用前景。
此外，随着电子设备和无线通信的快速发展，
可穿戴式电磁干扰屏蔽织物也越来越受人们的欢
迎。由于 EMI 屏蔽效率和织物柔韧性对涂层厚度的
要求通常相反，两者之间的权衡仍具有一定挑战性。
LAN 等 [36] 提出一种具有交替结构的 MXene/绝缘聚

图 8 MXene/CCS@CF 的广泛应用前景 [57] 合物涂层，可在涂层中将出色的屏蔽材料、合理的
Fig. 8 Application prospect of MXene/CCS@CF [57] 结构和高纳米填料含量结合在一起。该涂层通过带