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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(zhì)易燃材料在生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用，給人們帶來便利的同時(shí)，也帶來了潛在的火災(zāi)威脅。阻燃劑的使用可以延緩火災(zāi)的發(fā)展和蔓延，但無法主動(dòng)控制和撲滅火災(zāi)。賦予材料溫度響應(yīng)特性，使其能夠主動(dòng)感知外界溫度，在火災(zāi)早期發(fā)出警報(bào)信號(hào)，可以防火于未燃，從根本上預(yù)防和杜絕火災(zāi)發(fā)生。因此，為了避免火災(zāi)的發(fā)生，迫切需要開發(fā)兼具優(yōu)異阻燃性能和火災(zāi)預(yù)警功能的智能防火材料。

  易燃材料的火災(zāi)防控是一個(gè)全球性的難題，它伴隨著人類的整個(gè)文明史。目前，火災(zāi)防控策略主要包括被動(dòng)的阻燃防火和主動(dòng)的火災(zāi)預(yù)警。阻燃防火主要是通過添加阻燃劑來實(shí)現(xiàn)，往往是在火災(zāi)發(fā)生后發(fā)揮作用，延緩火災(zāi)的發(fā)展和蔓延，但仍不可避免地造成損失。而火災(zāi)預(yù)警技術(shù)可以將火災(zāi)的防范提前到易燃材料的早期異常升溫階段，將火災(zāi)扼殺在萌芽時(shí)期或?yàn)槿藗兲峁└喑冯x或救援時(shí)間，有效減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。所以，為了進(jìn)一步提高易燃材料的防火安全性，將阻燃防火和火災(zāi)預(yù)警功能結(jié)合，制備兼具優(yōu)異阻燃性能和靈敏火災(zāi)預(yù)警功能的智能防火材料，是未來的一個(gè)重要發(fā)展方向。

圖1 熱電效應(yīng)原理示意圖

（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

  最近，華南理工大學(xué)賴學(xué)軍教授和曾幸榮教授課題組在制備具有高熱電勢(shì)智能防火材料方面取得重要進(jìn)展。這項(xiàng)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(shì)阻燃離子水凝膠。由于離子水凝膠中的陰陽離子會(huì)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(chǎn)生巨大的電勢(shì)差。引入離子熱電效應(yīng)，使智能防火材料的熱電勢(shì)提高到3 mV/K，遇火時(shí)產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)超過100 mV，是之前報(bào)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(bào)警系統(tǒng)。 

圖2 高熱電勢(shì)智能防火離子水凝膠的設(shè)計(jì)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(zāi)預(yù)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(yuǎn)低于純木材在28%氧含量下燃燒。在垂直燃燒產(chǎn)生中，離子水凝膠有效阻止火焰的蔓延，對(duì)木材起到良好的阻燃保護(hù)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(wǎng)站：https://www2.scut.edu.cn/zxr/main.htm