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  武漢紡織大學于志財研究團隊采用“雙模式協同預警”理念，利用同軸濕法紡絲技術將熱電材料MXene與選擇性氣敏材料SnO?/MoS?集成于核殼結構的高阻燃芳綸纖維上，實現溫度與 CO 氣體的同步檢測與火災初期多重信號的高精度捕捉，提升了早期火災預警的準確性和靈敏度。制備的早期火災預警傳感纖維（SMA）主要包括核殼結構。核層（溫度傳感）：采用二維材料MXene（Ti₃C₂T_x），憑借其優異熱電效應（塞貝克系數達14.91 μV/K），可將溫度差直接轉化為電壓信號，實現50–300°C寬范圍監測。殼層（氣體傳感與結構保護）：SnO₂/MoS₂異質結構增強CO 吸附活性及界面電荷轉移效應，Ag NWs 構建導電網絡（降低電阻），ANFs 提供阻燃性（極限氧指數 33.67%）和柔韌性。CO+溫度雙模式傳感設計可有效區分溫度與氣體信號，突破了傳統傳感器單參數檢測的局限，顯著提升了早期火災預警可靠性，有望被廣泛應用于消防、建筑、家居等領域，真正實現“防患于未燃，化險于無形”。

  本研究采用同軸濕法紡絲技術結合NH₄⁺交聯工藝成功制備了具有典型同軸結構的SMA傳感纖維。該纖維以芳綸納米纖維為基材，通過巧妙設計實現了三大功能單元的高效集成。基于MXene優異的熱電性能，SMA纖維可在50-300 ℃寬溫度范圍內實現線性電壓響應（輸出電壓與溫差呈穩定對應關系），精準捕捉環境異常溫升；采用SnO₂/MoS₂復合材料實現對CO氣體的特異性識別，其響應靈敏度達R₀/R=1.43@100ppm；通過一維Ag NWs構建高效電荷傳輸通道，既增強CO傳感信號傳導，又確保纖維整體導電穩定性。通過顯微結構表征發現，芯層經NH??交聯的MXene纖維形成了獨特的三維空間網絡結構，該結構特征通過SEM結合EDX元素分析得到進一步驗證，結果顯示纖維殼層中SnO₂/MoS₂復合材料的分布呈現高度均勻性。XRD分析證明，AM纖維與SMA纖維均呈現MXene特征衍射峰，證實了材料的有效復合。XPS分析揭示，SnO₂/MoS₂復合材料的引入未引起Sn 3d軌道結合能的化學位移，這表明復合過程中未形成新的化學鍵，從而保證了SnO₂對CO氣體的本征傳感特性。這種結構-性能的協同效應為開發高性能氣體傳感纖維提供了新的設計思路。

  本研究制備的SMA傳感纖維展現出優異的阻燃特性與機械性能。垂直燃燒和LOI測試表明，SMA纖維的極限氧指數較純ANF纖維提升了8%，SMA纖維顯示出顯著增強的阻燃性能。TGA熱重分析進一步揭示其熱穩定性提升機制：在800℃高溫條件下，SMA纖維殘碳量達50.39%，明顯優于純ANF纖維（38.38%）。這種增強源于材料體系的多尺度協同作用——MoS₂中的Mo元素與MXene中的C、Ti元素在熱解過程中發生氧化反應，促進生成致密碳層有效阻隔熱質傳遞。DTA差熱分析定量顯示，SMA纖維的峰值熱釋放速率較芳綸體系降低至46%，總熱釋放量減少約60%，證實其高效的熱防護能力。阻燃機理研究揭示三重協同機制：① 層狀MoS₂在芳綸基體中均勻分散，與二維MXene納米片構建多級物理屏障網絡，顯著阻礙熱量擴散；② MoS₂/MXene復合體系在熱解過程中通過吸熱消耗熱能，同時生成SO₂和惰性氣體稀釋氧濃度；③ MXene表面豐富的C-Ti-O活性位點通過催化碳化效應，促進芳綸基體脫氫交聯形成高石墨化程度的連續碳層（拉曼ID/IG=0.90）。此外，拉伸測試表明SMA纖維保持優異的力學性能，斷裂強度達4.47 MPa，斷裂延伸率為5.77%，滿足柔性傳感材料在復雜形變條件下的應用需求。

  本研究開發的SMA傳感纖維展現出卓越的溫度響應特性與多場景適用性。通過搭建帕爾貼控溫平臺進行系統化熱電表征，發現纖維輸出電壓與溫差在50~300℃范圍內呈現優異線性相關性（R2=0.9941），經計算獲得塞貝克系數為14.91 μV/K，優于傳統熱敏材料提升。經多次250℃溫差循環測試，輸出電壓波動率小于15%，證實其出色的信號穩定性。特別值得注意的是，纖維經180°折疊處理后仍保持90%以上的初始響應靈敏度，這種柔性特征使其可適配各類異形表面，通過近場貼附策略將檢測距離縮短至潛在著火點5 cm范圍內，實現快速火災預警響應。為驗證實際應用潛力，設計熱刺激實驗。當人體手指接觸時，纖維產生電信號（ΔV≈0.1 mV）；而玻璃棒熱傳導刺激則呈現單無明顯電信號變化。這種差異化的信號表明了SMA傳感纖維具有靈敏的熱刺激響應。該材料體系為智能消防系統提供了新型纖維基解決方案。

  本研究開發的SMA傳感纖維展現出卓越的一氧化碳檢測性能與選擇性識別能力。系統化氣敏測試表明，該纖維對100-1000 ppm濃度范圍的CO氣體呈現顯著濃度依賴響應特性（R2=0.9979）。較純SnO₂體系提升約4倍，這得益于獨特的異質結協同機制：SnO₂表面通過捕獲環境氧分子形成O₂^-、O^-等化學吸附氧，誘導形成電子耗盡層使材料處于高阻態；MoS₂的引入與SnO₂構建p-n異質結界面，促進載流子定向遷移。當暴露于CO時，發生表面氧化還原反應（CO(gas) + O^-(ads) → CO₂(gas) + e^-），釋放的電子中和耗盡層導致電阻顯著下降（R₀/R=1.43@100 ppm）。循環穩定性測試顯示，經多次循環測試后，響應值衰減小于10%。選擇性實驗證實，該纖維對CO的選擇性高于氨氣和甲醇、乙醇等典型VOCs氣體。

  研究制備的SMA傳感纖維實現了突破性的早期火災預警效能，其綜合性能指標（響應靈敏度R₀/R=1.43@100 ppm-CO，響應時間41s；溫度響應時間t≤4 s，設置觸發閾值1mV）。根據實驗（圖6a）可以得出，SMA傳感纖維具有靈敏且穩定的早期火災預警功能。進一步組裝了基于SMA傳感纖維的無線早期火災報警系統，如圖6f中所示，整個系統主要分為信號采集裝置與信號處理裝置。當環境中CO氣體濃度或溫度達到一定水平時，SMA傳感纖維產生電信號變化，之后電信號變化被傳輸到無線火災早期報警系統。當電信號變化超過報警觸發閾值時，報警裝置上的光報警器和蜂鳴器開始發出報警聲，提醒人們發生早期火災現象并及時采取滅火措施。此外，該無線早期火災預警系統還可以將火災現場CO氣體的實時濃度傳輸給監控人員，以確定火災現場是否適合后續消防員進入進行救援活動，從而確保消防員的生命安全。這項工作為開發可靠、靈敏的智能火災預警傳感器提供了新的策略。

  相關工作以“Dual-mode core–shell structured early fire warning sensing fiber with selective CO and temperature detection”為題發表在TOP學術期刊《Chemical Engineering Journal 》（DOI：10.1016/j.cej.2025.162586）上。同時，該工作也是課題組近期在纖維基火災預警柔性傳感器的最新進展之一，是前期研究工作ACS Nano (2022)：16, 2953-2967(高被引)、Nano-Micro Lett.(2023) 15:226 (高被引及熱點)、Advanced Fiber Materials (2024) 6:1387–1401(高被引及熱點)、Chemical Engineering Journal 460 (2023) 141661(高被引及熱點)、Carbohydrate Polymers 334 (2024) 122040(高被引及熱點)、Nano-Micro Lett.(2025) 17:214、Composites Part B: Engineering（2022）：110348等工作的延續。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162586