科技前沿 | 上海硅酸盐所研制出新型火灾自动报警耐火壁纸

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壁纸具有色彩多样、图案丰富、绿色环保、使用方便、价格适宜等优点，在房屋的室内装修中越来越受到人们的青睐。然而，目前市场上很多壁纸易燃烧，具有安全隐患。另一方面，火灾报警系统对于火灾预警和救援至关重要，如果能将火灾报警系统集成在壁纸上，就能够及时发出火灾警报，避免造成人员和财产损失。

最近，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的科研团队在新型无机耐火纸的研究工作基础上，成功研制出新型火灾自动报警耐火壁纸。它是由羟基磷灰石超长纳米线作为原料制成的耐火纸以及氧化石墨烯温敏传感器两部分构成的。氧化石墨烯在室温下不导电，但遇到火灾后，火焰产生的高温可去除氧化石墨烯中的含氧基团，使其由不导电转变为导电状态，这样就可以触发报警装置，在发生火灾的第一时间自动发出火灾警报。研究团队发展的制备方法很简单，只需通过在耐火纸表面涂覆氧化石墨烯水分散液，然后连接金属导线作为电极，就可制备出氧化石墨烯温敏传感器。但是，存在的问题是氧化石墨烯易燃烧，在火灾中报警只能持续几秒钟，不能长时间持续地工作。研究团队通过采用聚多巴胺对氧化石墨烯进行表面修饰，大大提高了氧化石墨烯温敏传感器的灵敏度和阻燃性能，使传感器具有低的热响应温度(126.9℃)、快速响应时间(2秒)和较长的持续报警时间(5分钟以上)。温敏传感器尺寸小，可以在耐火纸的任何位置上制备，例如将其放在耐火纸的背面，在火灾中耐火纸对传感器可以起到保护作用，而且不会影响美观。相关研究结果发表于国际期刊《美国化学会-纳米》(ACSNano,2018，12,3159–3171)，并入选“美国化学会编辑们选择的论文”(ACSEditors’Choice)。美国化学会经过大约500名期刊编辑的提名推荐，每天从其出版的全部63种期刊中选定1篇具有重大科学意义的优秀论文入选“编辑们选择的论文”（入选率低于1%），成为永久免费阅读文献，并发布到美国化学会主页上，以头条和图片的形式滚动播放一周。《美国化学会志》（JACS）主编PeterStang指出，理想情况下编辑推荐的每一篇论文都会包含使该领域的固有模式发生转变的新概念。3月19日美国化学会Chemical&EngineeringNews对该研究工作做了专题报道。多个国外媒体和杂志也对该研究进行了报道。

新型火灾自动报警耐火壁纸具有优异的耐高温和耐火性能，可耐1000℃以上的高温，在一般的火中不管灼烧多长时间都不会燃烧。此外，新型火灾自动报警耐火壁纸环境友好，其主要成分羟基磷灰石超长纳米线是典型的生物材料，生物相容性好，可用于人体骨缺损修复，特别适合于与人体近距离接触的日常生活应用；其柔韧性好，可以做成各种所需形状，也可以染成各种颜色，还可以打印或印刷各种彩色图案和文字，制成优美的新型火灾自动报警耐火壁纸。

目前，该研究团队正在探索低成本量产技术，希望能尽快将新型火灾自动报警耐火壁纸产业化。未来，新型火灾自动报警耐火壁纸或许能够成为商品进入普通百姓的家中。

相关研究工作得到国家自然科学基金委和上海市科委等资助。

制成各种形状、染成不同颜色、打印上各种彩色图案和文字的新型火灾自动报警耐火壁纸

新型火灾自动报警耐火壁纸在火灾发生时的快速响应（几秒钟内）与持续报警（5分钟以上）模拟实验