據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，曼徹斯特大學(xué)（The University of Manchester）的Jiashen Li博士等研究人員在ACS Applied Materials & Interfaces上報道了一種使用多層石墨烯和硝化纖維素制備的可調(diào)諧溫度報警傳感器，可有效監(jiān)測早期高溫風(fēng)險。

早在2018年，中科院上海硅酸鹽研究所高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國家重點實驗室的熊志超等研究人員就報道了一種使用基于超長羥基磷灰石納米線和氧化石墨烯的耐火無機紙作為涂層材料制造的火災(zāi)報警壁紙。在復(fù)合紙、報警燈和報警蜂鳴器之間設(shè)置了電氣連接，以在相對較高的實驗溫度下實現(xiàn)不到2秒的即時響應(yīng)。

低電阻率溫度系數(shù)材料在某些領(lǐng)域起著十分重要的作用，例如高精度電子測量儀和微電子集成電路領(lǐng)域。

之前的這些研究以及對溫度傳感器的類似研究表明，石墨烯和氧化石墨烯由于其具有高電子遷移率、優(yōu)異的導(dǎo)熱性、高機械性能和高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可用作溫度報警傳感器的有效材料。

這些研究大多只側(cè)重于利用氧化石墨烯還原機制來實現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，而沒有關(guān)注其他類石墨烯材料。

近日，曼徹斯特大學(xué)Jiashen Li博士等研究人員將石墨烯的導(dǎo)電性和硝化纖維素的絕緣性結(jié)合起來，制備了一種新型火災(zāi)報警傳感器。

（a）基于石墨烯/硝化纖維素復(fù)合材料的溫度報警器的制備過程示意圖；（b）硝化纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和石墨烯/硝化纖維素復(fù)合物的分子結(jié)構(gòu)示意圖。

雖然石墨烯/硝化纖維素膜在正常情況下保持電絕緣，但在高溫下會瞬間導(dǎo)電。一旦遇到火焰攻擊，硝化纖維素在高溫下會迅速分解并導(dǎo)致其電阻發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，從而使報警傳感器從電絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訉?dǎo)電狀態(tài)。

通過將LED報警燈連接到石墨烯/硝化纖維素傳感器，可以在火焰攻擊或異常高溫環(huán)境下提供超快的報警響應(yīng)和早期火災(zāi)預(yù)警信號。

此外，這些傳感器的響應(yīng)溫度和靈敏度可以通過石墨烯和硝化纖維素的比例來調(diào)節(jié)，以在不同的火災(zāi)易發(fā)情況下發(fā)生反應(yīng)：硝化纖維素含量每增加1%可使響應(yīng)溫度提高約1.8°C。

硝化纖維素的熱分解反應(yīng)只需要熱量，因此報警傳感器能夠在無氧或真空環(huán)境中穩(wěn)定工作。

研究人員認為，這種火災(zāi)報警器還拓寬了化學(xué)改性纖維素和石墨烯復(fù)合材料在具有智能響應(yīng)行為的溫度誘導(dǎo)電阻轉(zhuǎn)變傳感器中的應(yīng)用，這為其在高火災(zāi)風(fēng)險檢查中的火災(zāi)風(fēng)險方面的公共安全應(yīng)用提供了一個有前景的概念。

論文信息：

Wenyuan Wei， Yangpeiqi Yi， Jun Song， Xiaogang Chen， Jinhua Li， and Jiashen Li. Tunable Graphene/Nitrocellulose Temperature Alarm Sensors. ACS Applied Materials & Interfaces， 2022， 14 （11）， 13790-13800.

DOI： 10.1021/acsami.2c02340

審核編輯 ：李倩