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  隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，大量輕質易燃材料在生產生活中廣泛應用，給人們帶來便利的同時，也帶來了潛在的火災威脅。阻燃劑的使用可以延緩火災的發(fā)展和蔓延，但無法主動控制和撲滅火災。賦予材料溫度響應特性，使其能夠主動感知外界溫度，在火災早期發(fā)出警報信號，可以防火于未燃，從根本上預防和杜絕火災發(fā)生。因此，為了避免火災的發(fā)生，迫切需要開發(fā)兼具優(yōu)異阻燃性能和火災預警功能的智能防火材料。

  易燃材料的火災防控是一個全球性的難題，它伴隨著人類的整個文明史。目前，火災防控策略主要包括被動的阻燃防火和主動的火災預警。阻燃防火主要是通過添加阻燃劑來實現(xiàn)，往往是在火災發(fā)生后發(fā)揮作用，延緩火災的發(fā)展和蔓延，但仍不可避免地造成損失。而火災預警技術可以將火災的防范提前到易燃材料的早期異常升溫階段，將火災扼殺在萌芽時期或為人們提供更多撤離或救援時間，有效減少財產損失和人員傷亡。所以，為了進一步提高易燃材料的防火安全性，將阻燃防火和火災預警功能結合，制備兼具優(yōu)異阻燃性能和靈敏火災預警功能的智能防火材料，是未來的一個重要發(fā)展方向。

圖1 熱電效應原理示意圖

（圖片來源：網絡）

  最近，華南理工大學賴學軍教授和曾幸榮教授課題組在制備具有高熱電勢智能防火材料方面取得重要進展。這項工作以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚二烯丙基二甲基氯化銨、氯化鈣和水等為原料，通過熱引發(fā)自由基聚合制備了多功能高熱電勢阻燃離子水凝膠。由于離子水凝膠中的陰陽離子會在溫度梯度作用下定向遷移，而陰陽離子的遷移速率不同，使得冷熱兩端堆積的陰陽離子比例不同，從而在冷熱兩端產生巨大的電勢差。引入離子熱電效應，使智能防火材料的熱電勢提高到3 mV/K，遇火時產生的報警信號超過100 mV，是之前報道的熱電型智能防火材料的數(shù)十倍，并能在4秒左右觸發(fā)報警系統(tǒng)。 

圖2 高熱電勢智能防火離子水凝膠的設計思路與性能展示（圖片來源：Journal of Materials Chemistry A） 

圖4 智能防火離子水凝膠包覆木材的火災預警性能（圖片來源：Journal of Materials Chemistry A）

  該離子水凝膠還具有優(yōu)異的阻燃性能。離子水凝膠自身在酒精燈下灼燒120s，仍無法被引燃，離火馬上自熄。此外，將離子水凝膠包覆于木材上，木材的阻燃性能也顯著提升。即使在含氧量為80%的環(huán)境中，包覆了離子水凝膠的木材燃燒的速度和劇烈程度也遠低于純木材在28%氧含量下燃燒。在垂直燃燒產生中，離子水凝膠有效阻止火焰的蔓延，對木材起到良好的阻燃保護作用。 

圖5 智能防火離子水凝膠包覆木材的阻燃性能（圖片來源：Journal of Materials Chemistry A）

  該工作為制備下一代智能防火多功能材料提供了新思路。

  論文題目：A high-thermopower ionic hydrogel for intelligent fire protection

  作者：Changcheng Jiang, Xuejun Lai*, Zhengzhong Wu, Hongqiang Li, Xingrong Zeng*, Yinan Zhao, Qingtao Zeng, Jiefeng Gao and Yurong Zhu

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/TA/D2TA05737A

  DOI：10.1039/d2ta05737a

  課題組網站：https://www2.scut.edu.cn/zxr/main.htm