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穿在身上的火灾预警器||国际顶级期刊聚焦我校新型超浸润材料应用研究成果

发布日期:2020-05-12    点击:

近日, 化学工程领域顶级国际期刊《Chemical Engineering Journal》报道了西安科技大学化学与化工学院屈孟男教授团队在可穿戴式多功能导电超浸润材料制备及其在火灾探测和预警方面应用的研究成果。

独辟蹊径 交叉融通——新型超浸润材料的制备

易燃材料引发的火灾是最常见的威胁环境安全和社会安全的主要灾害之一。迄今为止,预防易燃材料引发的火灾隐患主要有两种策略:一种是对易燃物进行阻燃改性,另一种是对易燃物的早期高温预警。在早期高温预警中,烟雾探测器已广泛用于室内火灾风险的监控。然而由于烟雾产物扩散速度慢导致普通烟雾探测器探测响应时间较长,且无法用于室外复杂气候和材料无烟充分燃烧等情况,难以实现高效的火灾探测和预警等功能。因此,开发可适应于各种苛刻环境,对易燃物可快速探测的新型多功能高温预警传感器是环境安全领域中的一项重大挑战。

基于以上现状,我校化学与化工学院仿生功能界面材料研究团队结合学校化学工程学科优势与安全工程专业特色,提出了发泡阻燃剂驱动的电阻型火灾预警/探测的方法。该方法首次将超浸润材料的自清洁性能、阻燃材料的防火耐高温性以及智能材料的传感性能这三种不同领域的重要特性同时赋予一种柔性织物,制备了新型超浸润材料。

该多功能超浸润材料制备过程


穿在身上的火灾预警器

超浸润材料是当前材料领域的一个研究热点,但其性能单一、适用范围较窄这些缺点大大阻碍了超浸润材料的广泛应用。该团队在研究中,不断拓宽超浸润材料的实际应用,通过在织物表面沉积功能纳米粒子,成功制备了可穿戴的多功能高温及火灾预警传感材料。该传感材料的制备方法简便,成本低廉, 并且具有出色的超疏水和超疏油性、优异的柔韧性和良好的阻燃性,可适用于极度潮湿的多种恶劣环境。

新型可穿戴超浸润材料可快速感应火焰的发生,响应时间在2秒以内。与传统烟雾火灾探测器相比,基于该材料的预警传感器具有耐候、快速、实时、绿色、阻燃等特点,可以高效探测和预防突发火灾等重大安全隐患,克服了传统烟雾探测器响应时间长、无法适用室外复杂恶劣环境和早期预警差等缺点。在建筑、矿山、交通、军事、森林等领域的火灾监控和预防方面具有良好的应用前景。

该可穿戴式超浸润材料的性能展示


打开新世界的大门

新型材料的制备,创造性之处在于首次将超浸润材料的自清洁性能、阻燃材料的防火耐高温性以及新型智能材料的传感性能同时赋予柔性织物,另外与传统烟雾探测器相比,该材料具有灵敏的火焰检测与响应性能,这也打开了超浸润材料应用的新大门。

该传感材料作为一种柔性器件,可以被编织在智能纺织品内部,应用于高温热辐射环境中消防员热反应的检测与机理研究,如消防员热应激的实时评估,从而确定消防员救援最大工作时间等,并促进新型高性能智能防护服材料的发展。同时,作为传感核心部件,可以应用于在室内或室外的火灾报警器,实现对各种苛刻环境的火灾检测。

基于该可穿戴式超浸润材料的应用示例

屈孟男教授和王嘉鑫参加国际学术会议


被《Chemical Engineering Journal》报道的该论文第一作者是西安科技大学矿业工程专业2019级博士研究生王嘉鑫。屈孟男教授和何金梅副教授为该论文的通讯作者。正是他们所带领的仿生功能界面材料研究团队给了像王嘉鑫这样的同学一个学习、科研、奋斗的平台。近年来,该团队在将矿物材料应用于超浸润材料的制备方面取得了一系列研究成果,这些研究也是结合西安科技大学的学科优势和特色,在矿物工程领域开展对矿物的新型高效利用加工的创新性尝试和探索。该系列研究成果被国际学术期刊多次报道。