王玉忠院士团队在火灾超前精准预警方面取得新进展

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现代社会的快速发展带来了巨大的火灾安全隐患。火灾探测是抵御火灾危害的第一道防线，是变“被动灭火”为“主动防火”，防火于未燃的有效措施；及时发现火情并处置，能大幅降低火灾危害，减少财产损失和人员伤亡。火灾的形成可以分为潜伏期、早期、成长、轰然和完全发展阶段（图1），目前大多数火灾探测器通常是对火灾早期、发展和轰然阶段所产生的异常温度，烟雾颗粒以及火焰光进行监测，然而当产生这些信号时，往往不可逆的灾害已经发生。

图1 典型火灾的发展历程

       由我院王玉忠院士创建的环保型高分子材料国家地方联合工程实验室，长期致力于解决火安全问题，并提出了火灾超前精准预警技术：实时在线分析易燃物（尤其是高分子）的真实燃烧过程，破译特定场所的火灾潜伏期与极早期的致灾信号，并针对性设计可快速识别火灾致灾信号（异常温度、明火、烟雾、气体等）的智能响应材料、传感器与装置，进而实现火灾精准探测预警。相关技术比现有火灾预警技术预警更为精准、迅速，为解决特定场所的火灾探测难题提供新的科学借鉴。
在对大量高分子材料的热解/燃烧过程进行实时在线分析后，团队发现氨气（NH3）是某些含氮元素高分子在热解阶段（≈266~417 °C，此时高分子材料未产生烟雾和明火）释放的特征气体；其在正常环境中几乎不存在，因而是一种理想的潜伏期火灾示踪气体，可用于实现特定场景潜伏期火灾的探测预警（图2）。

图2 特定场景潜伏期火灾预警示意图

        团队利用二维材料Ti3C2Tx MXene与MoS2构筑肖特基异质结，设计制备了具有超快响应速度（3 s @100 ppm），低检测限（最低检测浓度200 ppb），高灵敏度（81.7% @100 ppm和10.2% @200 ppb）的高性能氨气传感材料，并构建火灾探测器件（latent-fire-detecting olfactory system, LFOS）；进一步以自制的潜伏期火灾模拟装置，构建缓慢升温分解和暴露于高热辐射分解的潜伏期火灾场景（图3），研究LFOS对典型可燃材料（羊毛与泡沫，常用于纺织品和建筑内墙）的响应性能。相较于商用氨气探测器和烟雾探测器，LFOS能快速的检测到火灾的威胁，实现了潜伏期火灾预警。

图3 潜伏期火灾模拟装置与LFOS的响应性能

         该研究工作以“A Latent-Fire-Detecting Olfactory System Enabled by Ultra-Fast and Sub-ppm Ammonia-Responsive Ti3C2Tx MXene/ MoS2 Sensors”为题发表于Advanced Functional Materials，实验室博士研究生由程炜为论文第一作者，宋飞教授和付腾特聘研究员为通讯作者。该工作得到科技部国家重点研发计划（No. 2020YFD1100702）和NSFC国家重大科研仪器研制项目（51827803）等项目的资助。
          全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202208131
          文章来源：四川大学
       王玉忠,中国工程院院士，四川大学教授。1994年6月四川大学博士研究生毕业，获博士学位。长期以来， 一直在高校从事教学与科研工作。 1999 年受DAAD资助在德国 Max Planck Institute for Polymer Research 作访问教授， 2002 年受英国皇家学会资助在英国 The University of Nottingham 作访问教授。 1995 年在四川大学晋升教授，1997 年获得博士生导师资格, 2015年当选中国工程院院士。创建环保型高分子材料国家地方联合工程实验室、环境友好高分子材料教育部工程研究中心和降解与阻燃高分子材料省高校重点实验室及相应的四川省国际合作基地，并任主任。中国兵工学会阻燃专业委员会荣誉主任委员、中国塑协降解塑料专委会副会长、全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会副主任委员、国家科技奖励评审专家、公安部科技奖励评审专家、教育部科技委学部委员等，担任Polymer Degradation and Stability、Journal of Applied Polymer Science等12个中英文期刊编委、CCL副主编。荣获"全国优秀科技工作者"称号，入选 " 新世纪百千万人才工程 " 国家级人选、国家杰出青年科学基金获得者、教育部 " 长江学者奖励计划 " 特聘教授、教育部创新团队带头人、入选"教育部跨世纪优秀人才"计划，四川省学术与技术带头人。获得何梁何利科技进步奖、四川省最高科技奖“科技杰出贡献奖”、中国工程院光华工程科技奖青年奖(第五届)、四川省杰出青年科技创新奖、四川省优秀研究生指导教师称号、宝钢教育奖优秀教师奖、四川大学首届"最受学生欢迎教师奖"、四川大学2015年度(首届)产学研合作年度杰出贡献奖一等奖。
         宋飞，博士、教授、博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室、环保型高分子材料国家地方联合工程实验室固定研究人员。从事环境友好生物基与生物降解高分子材料研究，发表SCI论文76篇，主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、教育部博士点、四川省杰出青年基金等课题10余项。先后入选教育部重要人才计划青年项目、四川省天府万人计划人才、四川省杰出青年基金获得者，入选国际先进材料学会会士（IAAM Fellow, Sweden）、国际科学组织Vebleo协会会士（Fellow）及委员会成员（Committee Member），获四川省科技进步一等奖、广东省科学技术二等奖、四川大学青年科技人才、好未来优秀学者、青年科技学术带头人、唐立新优秀学者等荣誉。
                付腾：博士，讲师。出生于1991年10月，2019年6月毕业于四川大学化学学院，获高分子化学与物理专业理学博士学位，2019年7月，就职于四川大学高分子研究所。作为主研人员先后参加了国家自然科学基金重大仪器研制和重点项目等国家级课题研究工作。在Advanced Functional Materials、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Polymer Degradation and Stability等SCI收录期刊发表学术论文12篇。已申请中国发明专利10项，授权5项。主要研究方向：阻燃高分子材料、高分子燃烧诊断装备及火灾探测预警技术等