基于石墨烯和硝化纤维素的温度报警传感器

据麦姆斯咨询报道，近日，曼彻斯特大学（The University of Manchester）的Jiashen Li博士等研究人员在ACS Applied Materials & Interfaces上报道了一种使用多层石墨烯和硝化纤维素制备的可调谐温度报警传感器，可有效监测早期高温风险。

早在2018年，中科院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室的熊志超等研究人员就报道了一种使用基于超长羟基磷灰石纳米线和氧化石墨烯的耐火无机纸作为涂层材料制造的火灾报警壁纸。在复合纸、报警灯和报警蜂鸣器之间设置了电气连接，以在相对较高的实验温度下实现不到2秒的即时响应。

低电阻率温度系数材料在某些领域起着十分重要的作用，例如高精度电子测量仪和微电子集成电路领域。

之前的这些研究以及对温度传感器的类似研究表明，石墨烯和氧化石墨烯由于其具有高电子迁移率、优异的导热性、高机械性能和高温下的结构稳定性，可用作温度报警传感器的有效材料。

这些研究大多只侧重于利用氧化石墨烯还原机制来实现导电状态的转变，而没有关注其他类石墨烯材料。

近日，曼彻斯特大学Jiashen Li博士等研究人员将石墨烯的导电性和硝化纤维素的绝缘性结合起来，制备了一种新型火灾报警传感器。

（a）基于石墨烯/硝化纤维素复合材料的温度报警器的制备过程示意图；（b）硝化纤维素的化学结构和石墨烯/硝化纤维素复合物的分子结构示意图。

虽然石墨烯/硝化纤维素膜在正常情况下保持电绝缘，但在高温下会瞬间导电。一旦遇到火焰攻击，硝化纤维素在高温下会迅速分解并导致其电阻发生明显转变，从而使报警传感器从电绝缘状态转变为电子导电状态。

通过将LED报警灯连接到石墨烯/硝化纤维素传感器，可以在火焰攻击或异常高温环境下提供超快的报警响应和早期火灾预警信号。

此外，这些传感器的响应温度和灵敏度可以通过石墨烯和硝化纤维素的比例来调节，以在不同的火灾易发情况下发生反应：硝化纤维素含量每增加1%可使响应温度提高约1.8°C。

硝化纤维素的热分解反应只需要热量，因此报警传感器能够在无氧或真空环境中稳定工作。

研究人员认为，这种火灾报警器还拓宽了化学改性纤维素和石墨烯复合材料在具有智能响应行为的温度诱导电阻转变传感器中的应用，这为其在高火灾风险检查中的火灾风险方面的公共安全应用提供了一个有前景的概念。

论文信息：

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

审核编辑 ：李倩