四川大學王玉忠院士團隊在火災超前精準預警方面取得新進展

現代社會的快速發展帶來了巨大的火災安全隱患。火災探測是抵禦火災危害的第一道防線，是變“被動滅火”爲“主動防火”，防火於未燃的有效措施；及時發現火情並處置，能大幅降低火災危害，減少財產損失和人員傷亡。火災的形成可以分爲潛伏期、早期、成長、轟然和完全發展階段（圖1），目前大多數火災探測器通常是對火災早期、發展和轟然階段所產生的異常溫度，煙霧顆粒以及火焰光進行監測，然而當產生這些信號時，往往不可逆的災害已經發生。

圖1 典型火災的發展歷程

由四川大學王玉忠院士創建的環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室，長期致力於解決火安全問題，並提出了火災超前精準預警技術：實時在線分析易燃物（尤其是高分子）的真實燃燒過程，破譯特定場所的火災潛伏期與極早期的致災信號，並針對性設計可快速識別火災致災信號（異常溫度、明火、煙霧、氣體等）的智能響應材料、傳感器與裝置，進而實現火災精準探測預警。相關技術比現有火災預警技術預警更爲精準、迅速，爲解決特定場所的火災探測難題提供新的科學借鑑。

在對大量高分子材料的熱解/燃燒過程進行實時在線分析後，團隊發現氨氣（NH3）是某些含氮元素高分子在熱解階段（≈266~417 °C，此時高分子材料未產生煙霧和明火）釋放的特徵氣體；其在正常環境中幾乎不存在，因而是一種理想的潛伏期火災示蹤氣體，可用於實現特定場景潛伏期火災的探測預警（圖2）。

圖2 特定場景潛伏期火災預警示意圖

團隊利用二維材料Ti3C2Tx MXene與MoS2構築肖特基異質結，設計製備了具有超快響應速度（3 s @100 ppm），低檢測限（最低檢測濃度200 ppb），高靈敏度（81.7% @100 ppm和10.2% @200 ppb）的高性能氨氣傳感材料，並構建火災探測器件（latent-fire-detecting olfactory system, LFOS）；進一步以自制的潛伏期火災模擬裝置，構建緩慢升溫分解和暴露於高熱輻射分解的潛伏期火災場景（圖3），研究LFOS對典型可燃材料（羊毛與泡沫，常用於紡織品和建築內牆）的響應性能。相較於商用氨氣探測器和煙霧探測器，LFOS能快速的檢測到火災的威脅，實現了潛伏期火災預警。

圖3 潛伏期火災模擬裝置與LFOS的響應性能

該研究工作以“A Latent-Fire-Detecting Olfactory System Enabled by Ultra-Fast and Sub-ppm Ammonia-Responsive Ti3C2Tx MXene/ MoS2 Sensors”爲題發表於Advanced Functional Materials，實驗室博士研究生由程煒爲論文第一作者，宋飛教授和付騰特聘研究員爲通訊作者。該工作得到科技部國家重點研發計劃（No. 2020YFD1100702）和NSFC國家重大科研儀器研製項目（51827803）等項目的資助。

來源：四川大學

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https://doi.org/10.1002/adfm.202208131