朱英杰團隊研制出新型火災自動報警耐火壁紙

朱英杰團隊研制出新型火災自動報警耐火壁紙

壁紙具有色彩多樣、圖案豐富、綠色環保、使用方便、價格適宜等優點，在房屋的室內裝修中越來越受到人們的青睞。然而，目前市場上很多壁紙易燃燒，具有安全隱患。另一方面，火災報警系統對于火災預警和救援至關重要，如果能將火災報警系統集成在壁紙上，就能夠及時發出火災警報，避免造成人員和財產損失。


最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領的科研團隊在新型無機耐火紙的研究工作基礎上，成功研制出新型火災自動報警耐火壁紙。

新型火災自動報警耐火壁紙是由羥基磷灰石超長納米線作為原料制成的耐火紙以及氧化石墨烯溫敏傳感器兩部分構成的。氧化石墨烯在室溫下不導電，但遇到火災后，火焰產生的高溫可去除氧化石墨烯中的含氧基團，使其由不導電轉變為導電狀態，這樣就可以觸發報警裝置，在發生火災的第一時間自動發出火災警報。


研究團隊發展的制備方法很簡單，只需通過在耐火紙表面涂覆氧化石墨烯水分散液，然后連接金屬導線作為電極，就可制備出氧化石墨烯溫敏傳感器。但是，存在的問題是氧化石墨烯易燃燒，在火災中報警只能持續幾秒鐘，不能長時間持續地工作。研究團隊通過采用聚多巴胺對氧化石墨烯進行表面修飾，大大提高了氧化石墨烯溫敏傳感器的靈敏度和阻燃性能，使傳感器具有低的熱響應溫度(126.9℃)、快速響應時間(2秒)和較長的持續報警時間(5分鐘以上)。溫敏傳感器尺寸小，可以在耐火紙的任何位置上制備，例如將其放在耐火紙的背面，在火災中耐火紙對傳感器可以起到保護作用，而且不會影響美觀。

相關研究結果發表于國際期刊《美國化學會-納米》(ACS Nano,2018，12,3159–3171)，并入選“美國化學會編輯們選擇的論文”(ACS Editors’Choice)。美國化學會經過大約500名期刊編輯的提名推薦，每天從其出版的全部63種期刊中選定1篇具有重大科學意義的優秀論文入選“編輯們選擇的論文”（入選率低于1%），成為永久免費閱讀文獻，并發布到美國化學會主頁上，以頭條和圖片的形式滾動播放一周。


《美國化學會志》（JACS）主編Peter Stang指出，理想情況下編輯推薦的每一篇論文都會包含使該領域的固有模式發生轉變的新概念。3月19日美國化學會Chemical&Engineering News對該研究工作做了專題報道。多個國外媒體和雜志也對該研究進行了報道。


新型火災自動報警耐火壁紙具有優異的耐高溫和耐火性能，可耐1000℃以上的高溫，在一般的火中不管灼燒多長時間都不會燃燒。此外，新型火災自動報警耐火壁紙環境友好，其主要成分羥基磷灰石超長納米線是典型的生物材料，生物相容性好，可用于人體骨缺損修復，特別適合于與人體近距離接觸的日常生活應用；其柔韌性好，可以做成各種所需形狀，也可以染成各種顏色，還可以打印或印刷各種彩色圖案和文字，制成優美的新型火災自動報警耐火壁紙。


目前，該研究團隊正在探索低成本量產技術，希望能盡快將新型火災自動報警耐火壁紙產業化。未來，新型火災自動報警耐火壁紙或許能夠成為商品進入普通百姓的家中。


相關研究工作得到國家自然科學基金委和上海市科委等資助。

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