火災(zāi)預(yù)警防火涂層能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)預(yù)警響應(yīng)和被動(dòng)防火保護(hù)雙重作用，相比于需要安裝在特定位置的傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器，涂層傳感材料與火焰的接觸面積大大增加，在提高預(yù)警效率和可燃材料火災(zāi)安全性能方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。從傳感材料熱致響應(yīng)特性角度出發(fā)，探討了電阻型和電壓型涂層的火災(zāi)預(yù)警機(jī)制，闡釋了涂層的3種防火機(jī)理；綜述了近年來基于傳感材料，如氧化石墨烯、碳納米管、金屬氧化物、MXene等的各類涂層在火災(zāi)預(yù)警與防火性能方面的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出火災(zāi)預(yù)警防火涂層性能比較單一，需賦予其疏水、疏油、自愈合等多種性能以實(shí)現(xiàn)涂層的多功能化，開發(fā)大尺寸涂層制備技術(shù)以實(shí)現(xiàn)市場化生產(chǎn)，結(jié)合人工智能技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更高水平的預(yù)警防火應(yīng)用，最后對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

 

大量可燃材料（如纖維、泡沫、木材等）被廣泛應(yīng)用于建材建工、航空航天、家具裝飾等領(lǐng)域。然而，這些材料大多具有易燃性，容易被點(diǎn)燃，存在極大的消防安全隱患；此外，這些材料無法對(duì)火災(zāi)下的環(huán)境變化做出響應(yīng)，需要依靠外界預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警，而常見傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警器往往反應(yīng)較慢（>100 s）且耐久性較差，難以在火災(zāi)發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警并提供持續(xù)預(yù)警信號(hào)。為了減少火災(zāi)事故的發(fā)生并降低其危害后果，采用高效可行的火災(zāi)預(yù)警與防火措施十分必要。目前，功能性涂層在火災(zāi)預(yù)警與防火領(lǐng)域備受關(guān)注。將防火涂層應(yīng)用于可燃基材表面可實(shí)現(xiàn)防火效果，同時(shí)引入功能性分子或基團(tuán)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界溫度變化智能響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高效火災(zāi)預(yù)警?；馂?zāi)預(yù)警防火涂層是具備主動(dòng)火災(zāi)預(yù)警與被動(dòng)防火保護(hù)雙重作用的功能性涂層，能在火災(zāi)進(jìn)一步蔓延前觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，并有效隔離基體與燃燒區(qū)，為提高材料火災(zāi)安全性能提供了新思路?；馂?zāi)預(yù)警防火涂層的發(fā)展現(xiàn)狀如圖1所示。

 

 

 

圖1　火災(zāi)預(yù)警防火涂層

Fig.1　Fire warning and fire retardant coatings

 

1、涂層火災(zāi)預(yù)警機(jī)制與防火機(jī)理

 

1.1 涂層火災(zāi)預(yù)警機(jī)制及其分類

 

智能火災(zāi)傳感材料能夠響應(yīng)外界環(huán)境變化并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，對(duì)于構(gòu)建火災(zāi)預(yù)警涂層至關(guān)重要。依據(jù)傳感材料熱致響應(yīng)特性的不同，可將涂層分為兩大類：（1）電阻型火災(zāi)預(yù)警涂層。該類涂層常與外部電源和報(bào)警器相連以構(gòu)成火災(zāi)探測(cè)和預(yù)警傳感裝置。其在常溫下通常表現(xiàn)為電絕緣狀態(tài)或?qū)щ娦阅茌^差，無法形成導(dǎo)電通路，在高溫或火焰作用下其電阻急劇減小，預(yù)警電路被接通，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)響應(yīng)。（2）電壓型火災(zāi)預(yù)警涂層。根據(jù)塞貝克效應(yīng)，當(dāng)該類涂層內(nèi)部存在溫度梯度時(shí)，其中的載流子從熱端向冷端遷移并富集，從而在材料內(nèi)部形成電勢(shì)差，產(chǎn)生電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高效可重復(fù)火災(zāi)預(yù)警。

 

1.2 涂層防火機(jī)理

 

涂層的防火機(jī)理主要分為三類：（1）凝聚相防火。在基材表面形成物理屏障以抑制熱量和氣體的傳遞，或通過催化炭化作用以延緩火焰蔓延速度；（2）氣相防火。受熱分解產(chǎn)生自由基清除劑以減緩鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或受熱釋放惰性氣體以稀釋可燃組分，從而達(dá)到防火效果；（3）凝聚相與氣相協(xié)效防火，同時(shí)結(jié)合物理屏障、催化炭化和稀釋效應(yīng)等，進(jìn)一步增強(qiáng)材料的火災(zāi)安全性能。

 

2、 火災(zāi)預(yù)警防火涂層的研究進(jìn)展

 

2.1 電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

在高溫或火焰作用下電阻明顯降低是此類涂層實(shí)現(xiàn)預(yù)警的關(guān)鍵?？蒲腥藛T廣泛研究氧化石墨烯（GO）、碳納米管（CNTs）、金屬氧化物、MXene等材料在電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層中的應(yīng)用。

 

2.1.1 GO基電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

GO在高溫下發(fā)生熱還原反應(yīng)，從常溫下的電絕緣狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電狀態(tài)，接通預(yù)警電路，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。GO基涂層能實(shí)現(xiàn)凝聚相與氣相協(xié)同防火，有效減緩火勢(shì)蔓延。Yang等制備了基于殼聚糖（CS）和GO 的預(yù)警防火涂層并應(yīng)用于三聚氰胺（MF）泡沫上，在火焰作用下（600~800 ℃），該涂層5 s內(nèi)即可觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，同時(shí)生成致密炭層阻礙熱量和熱解產(chǎn)物的傳遞以延緩火勢(shì)蔓延。復(fù)合材料的峰值熱釋放速率（PHRR）與MF相比下降了55.49％，顯示出良好的防火效果。

 

鑒于GO 發(fā)生熱還原所需溫度較高（400 ℃以上），對(duì)早期火災(zāi)相對(duì)低溫的環(huán)境反應(yīng)遲緩，因此構(gòu)建低響應(yīng)溫度且高度敏感的GO基涂層對(duì)于實(shí)現(xiàn)超早期火災(zāi)預(yù)警尤為必要。Zhang等制備了基于3-（甲基丙烯酰氨）丙基三甲氧基硅烷（MPMS）、L-抗壞血酸（LAA）和GO的復(fù)合涂層。MPMS和LAA的協(xié)同作用促進(jìn)了GO在異常溫度下的熱還原反應(yīng)，使得該涂層在熱分解階段表現(xiàn)出較低的響應(yīng)溫度（120 ℃），能夠?qū)崿F(xiàn)超早期火災(zāi)預(yù)警。

 

GO基涂層在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些技術(shù)難題。首先，在火災(zāi)的全盛階段（>800 ℃），GO易進(jìn)一步發(fā)生熱分解，破壞其導(dǎo)電通路，削弱其持續(xù)報(bào)警能力；其次，GO的熱致電阻變化為不可逆過程，無法實(shí)現(xiàn)重復(fù)火災(zāi)預(yù)警，因此在火災(zāi)發(fā)生后需要及時(shí)更換涂層，這增加了其實(shí)際應(yīng)用成本。

 

2.1.2 CNTs基電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

CNTs多為凝聚相防火，通過熱降解形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高炭層致密度和強(qiáng)度，增強(qiáng)防火效果。但其在常規(guī)條件下具有導(dǎo)電性能，直接用于火災(zāi)預(yù)警傳感時(shí)可能導(dǎo)致誤報(bào)或響應(yīng)不靈敏，因此對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理來適度增加其電阻以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)可靠的火災(zāi)響應(yīng)尤為必要。

 

引入氨基是對(duì)CNTs 進(jìn)行功能化預(yù)處理的有效方法之一。Zhu 等將聚磷酸銨（APP）與氨基功能化碳納米管（ACNTs）相結(jié)合，采用層層自組裝法制備了預(yù)警防火涂層。在高溫或火焰作用下，ACNTs迅速脫除氨基官能團(tuán)，并在基材表面形成致密連續(xù)炭層，涂層電阻急劇降低，在2 s內(nèi)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。

 

引入聚合物修飾CNTs 也可實(shí)現(xiàn)高效火災(zāi)預(yù)警。Xia 等利用炭黑-聚合物顆粒（CB@KF）和CNTs制備了一種火災(zāi)預(yù)警防火涂層并涂覆于棉織物上。該涂層在高溫或火焰下形成致密炭層，有效抑制了熱解產(chǎn)物的擴(kuò)散。與純棉織物相比，該復(fù)合織物的極限氧指數(shù)（LOI）從18％升高到25％，表明其具有良好的防火性能。此外，炭層將CNTs 和炭化CB@KF相連形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使涂層在4 s內(nèi)即可觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。

 

為了賦予CNTs 在高溫環(huán)境下的負(fù)溫度系數(shù)效應(yīng)，可通過功能化修飾引入絕緣基團(tuán)或聚合物以應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)警與防火領(lǐng)域。然而，此過程使CNTs加工處理較困難，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。此外，CNTs由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形態(tài)易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，如何使其在涂層中分散均勻以形成連續(xù)的導(dǎo)電路徑仍然是亟需解決的挑戰(zhàn)之一。

 

2.1.3 金屬氧化物基電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

金屬氧化物能在基材表面沉積形成火災(zāi)預(yù)警防火涂層，具有良好的凝聚相抑煙隔熱效果，能有效提高基材的火災(zāi)安全性能。但金屬氧化物柔性較差，難以單獨(dú)成為涂層，常與黏接劑（如膠體）共同使用，使涂層與基材之間具有良好的黏附性和結(jié)合強(qiáng)度。

 

Zhang等利用溶膠-凝膠法制備了基于Fe3O4和魚鱗狀銀納米片的三明治狀結(jié)構(gòu)火災(zāi)預(yù)警防火涂層。該涂層在常溫下處于絕緣狀態(tài)，接觸火焰后可實(shí)現(xiàn)相對(duì)低溫下的電阻響應(yīng)（低于100 ℃）、快速火災(zāi)預(yù)警（2 s）和持續(xù)報(bào)警響應(yīng)（≥15 min）。此外，該涂層具有出色柔韌性，能應(yīng)用于各種復(fù)雜形狀的基材，經(jīng)受了包括折疊、彎曲、拉伸等多種物理形變后仍能保持良好性能，為制備可穿戴智能防火紡織品提供了新思路。

 

2.1.4 MXene基電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

MXene具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和催化炭化能力，能有效抑制氣相和固相之間的熱量和物質(zhì)交換，降低材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性。其在高溫環(huán)境下可發(fā)生熱氧化轉(zhuǎn)變成TiO2 并產(chǎn)生電子躍遷，增加導(dǎo)電載流子密度，從而使得電阻發(fā)生明顯變化。

 

Mao 等采用溶劑蒸發(fā)法，利用生物基酪蛋白（CAS）、單寧酸（TA）和MXene 制備了火災(zāi)預(yù)警防火涂層。在防火方面，TA能捕獲材料燃燒產(chǎn)生的O·和H·自由基，并與MXene的物理屏障和催化炭化效應(yīng)協(xié)同作用，從氣相和凝聚相上實(shí)現(xiàn)高效防火。復(fù)合涂層的LOI值與CAS的相比升高了13％，表明TA和MXene具有優(yōu)越的協(xié)同防火作用，為涂層能夠穩(wěn)定持續(xù)預(yù)警提供了保障。在火災(zāi)預(yù)警方面，該涂層具備快速火災(zāi)響應(yīng)能力（982 ms），能提供持續(xù)穩(wěn)定的報(bào)警信號(hào)（93 s）。當(dāng)移除火焰后，由于激發(fā)載流子運(yùn)動(dòng)的能量消失，且導(dǎo)電路徑被不連續(xù)的無規(guī)則炭層和晶界區(qū)阻隔，該涂層顯示出從半導(dǎo)體到絕緣體的可逆電阻變化，并在經(jīng)受7次火焰攻擊后仍能預(yù)警，大大延長了其實(shí)際使用壽命。

 

2.2 電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層依賴外部電源實(shí)現(xiàn)火災(zāi)響應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用中電池接觸不良或斷電等情況會(huì)影響其火災(zāi)預(yù)警的可靠性，因此迫切需要開發(fā)新型材料來實(shí)現(xiàn)自供電預(yù)警。MXene 和Ag2Se具有敏感的熱致電壓響應(yīng)特性，能直接將熱能轉(zhuǎn)變成電能，無需外部電源即可觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為火災(zāi)預(yù)警提供全新思路。電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層的研究現(xiàn)狀如圖2所示。

 

圖2　電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

Fig.2　Voltage-based fire warning and fire retardant coatings

 

2.2.1 MXene基電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

MXene具有高電導(dǎo)率和靈敏的熱致電壓響應(yīng)特性，在局部加熱的情況下，該類涂層中會(huì)形成溫度梯度，通過電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生電壓信號(hào)，從而觸發(fā)火災(zāi)預(yù)警。然而，MXene較窄的能帶隙和較高的載流子濃度使其熱電效率較低，其火災(zāi)響應(yīng)靈敏度和持久性有待提高，在實(shí)際應(yīng)用中需要解決這一難題以進(jìn)一步提升其預(yù)警性能。

 

構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)和有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)是提高M(jìn)Xene熱電效率的有效方法之一。Xie等利用MXene和纖維素改性后的聚吡咯納米線（PPy-CS）制備了柔性火災(zāi)預(yù)警防火涂層[圖2（a）]。CS的黏附作用使得PPy-CS和MXene形成穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和有序的層狀結(jié)構(gòu)，為高能載流子的遷移提供了高效可靠的運(yùn)輸通道，涂層表現(xiàn)出較高的熱電效率、靈敏的火災(zāi)響應(yīng)特性（1.9 s）和可重復(fù)的火災(zāi)預(yù)警能力。

 

對(duì)MXene進(jìn)行摻雜改性也能有效提高其熱電效率。Zeng等利用MXene、TA和CaCl2制備了一種新型預(yù)警防火棉織物[圖2（b）]。由于CaCl2具有良好的離子導(dǎo)電性和絡(luò)合性，當(dāng)溫差達(dá)到120 ℃時(shí)，涂層的熱電電壓高達(dá)3.72 mV，有望應(yīng)用于多功能和智能消防服領(lǐng)域以實(shí)時(shí)檢測(cè)消防員安全狀況。

 

隨著MXene與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同時(shí)涌現(xiàn)，許多研究圍繞著可穿戴熱電傳感設(shè)備來實(shí)現(xiàn)智能消防。但MXene的低產(chǎn)出效率和高生產(chǎn)成本在一定程度上限制了MXene 基涂層在實(shí)際研究和應(yīng)用中的使用和推廣。

 

2.2.2 Ag2Se基電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層

 

Ag2Se具有較低熱導(dǎo)率和較高載流子遷移率，是一種理想的熱電材料。但其在防火領(lǐng)域的研究較少，因此需要設(shè)計(jì)新型的涂層結(jié)構(gòu)，將其與防火材料協(xié)效使用以進(jìn)一步探究其在火災(zāi)預(yù)警防火領(lǐng)域中的應(yīng)用?；馂?zāi)預(yù)警防火涂層可仿照類皮膚結(jié)構(gòu)，先在基材表面構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使其在火災(zāi)傳感中發(fā)揮與溫度傳感神經(jīng)相似的作用，再在外圍構(gòu)建防火涂層，模擬表皮層以保護(hù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高火災(zāi)預(yù)警的可靠性和持久性。Xie等開發(fā)了一種熱電、防火納米涂層[ 圖2（c）]，其中導(dǎo)電層由Ag2Se、銀納米線（AgNWs）和聚乙烯醇縮丁醛構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警功能；防火層由蒙脫石（MMT）和羧甲基殼聚糖（CCS）構(gòu)成，用于保護(hù)導(dǎo)電層免受火災(zāi)威脅。涂層能準(zhǔn)確監(jiān)控100~300 ℃區(qū)間內(nèi)的溫度變化，具備靈敏的火災(zāi)響應(yīng)（2 s）、可重復(fù)的預(yù)警行為和優(yōu)異的防火性能。人體皮膚的結(jié)構(gòu)和功能為研制火災(zāi)預(yù)警防火涂層提供了新思路。

 

Ag2Se與MXene相比具有更高的熱電效率，但其柔韌性和黏附性較差，難以適應(yīng)復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)或頻繁的彎曲應(yīng)變，可能導(dǎo)致基材表面的涂層脫落或者性能下降，不利于其在柔性設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用。通過進(jìn)一步的研究和技術(shù)改進(jìn)，有望克服這一難題，使Ag2Se更好地應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)警防火涂層領(lǐng)域。

 

3、 發(fā)展趨勢(shì)

 

3.1 多功能探索

 

涂層在惡劣室外環(huán)境中容易脫落或被腐蝕，在遭受機(jī)械形變時(shí)容易發(fā)生破損，因此需要賦予涂層疏水、疏油、自愈合等多種功能，從而進(jìn)一步提高涂層的穩(wěn)定性、耐久性和可靠性，實(shí)現(xiàn)高值化利用和功能化應(yīng)用，如圖3所示。

 

圖3　火災(zāi)預(yù)警防火涂層的發(fā)展前景

Fig.3　Prospects of fire warning and fire retardant coatings

 

3.1.1 疏水、疏油性

 

雨水、油污或有機(jī)溶劑會(huì)對(duì)火災(zāi)預(yù)警防火涂層的導(dǎo)電通路造成腐蝕，嚴(yán)重影響其火災(zāi)預(yù)警性能，因此制備具有疏水疏油性能的涂層至關(guān)重要。

 

Wang等制備了基于乙二醇二磷酸、聚苯胺和納米銀顆粒（AgNPs）的預(yù)警防火涂層并應(yīng)用于織物[圖3（a）]。復(fù)合織物具有靈敏的熱致電阻響應(yīng)特性（3 s內(nèi)預(yù)警），其表面的水接觸角約為158°，油接觸角約為153°，表現(xiàn)出超雙疏性和自清潔性能。同時(shí)由于硅、磷、氮的協(xié)同防火作用，涂層在高溫下形成致密炭層，有效保護(hù)了AgNPs形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使其具有良好的穩(wěn)定性。該復(fù)合織物在潮濕、油垢、高溫、反復(fù)變形等各種條件下均表現(xiàn)出優(yōu)越的導(dǎo)電特性，在多功能可穿戴紡織品、人體健康實(shí)時(shí)檢測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。Mao等將聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇分別構(gòu)筑在MXene表面以制備復(fù)合涂層，并對(duì)其進(jìn)行硅烷功能化處理[圖3（b）]。處理過后的涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具備超疏水性，在復(fù)雜環(huán)境下（雨天、霧霾）仍具有靈敏的火災(zāi)響應(yīng)行為和可重復(fù)的火災(zāi)預(yù)警能力，展現(xiàn)了其在戶外復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用潛力。

 

3.1.2 自愈合性

 

涂層在經(jīng)歷反復(fù)彎曲或其他機(jī)械形變時(shí)，容易發(fā)生疲勞和損毀，產(chǎn)生的裂紋會(huì)對(duì)其導(dǎo)電路徑和炭層屏障造成致命破壞，嚴(yán)重影響其火災(zāi)預(yù)警與防火性能，因此賦予涂層自愈合性能對(duì)延長其使用壽命具有重要意義。

 

Xie等首先將脲基嘧啶酮（UPy）基團(tuán)接枝到羥丙基甲基纖維素上，成功合成了功能性纖維素（FC），隨后采用一步自組裝法制備了GO/FC珍珠狀納米涂層[圖3（c）]。涂層在火焰作用下電阻急劇下降，僅需2. 7 s即可進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。此外，GO催化FC脫水炭化，使涂層表現(xiàn)出明顯的防火和自熄特性。由于FC分子鏈上富含的UPy基團(tuán)之間具有多重氫鍵，涂層展現(xiàn)出良好的水分觸發(fā)自愈合能力，在40次沉積循環(huán)后，遭受過機(jī)械破壞且在潮濕環(huán)境中修復(fù)過的涂層仍可快速觸發(fā)預(yù)警。Zeng等首先制備了MXene基溫度傳感涂層，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)外部溫度變化并能在4 s內(nèi)及時(shí)觸發(fā)火災(zāi)預(yù)警信號(hào)；接著利用MMT和2-脲−4含嘧啶酮纖維素（UPC）在MXene基涂層表面構(gòu)建自愈合防火涂層，由于UPC與MXene的多氫鍵相互作用，涂層可在損壞后24 h內(nèi)自愈合，在一定程度上延長了涂層的使用壽命。

 

3.2 大尺寸宏量制備技術(shù)

 

目前絕大多數(shù)涂層是在實(shí)驗(yàn)室里制備，并在小尺寸基材應(yīng)用測(cè)試中表現(xiàn)良好，然而，將其應(yīng)用于大尺寸基材上研究實(shí)際應(yīng)用性能時(shí)，結(jié)果往往不理想，因此需要開發(fā)大尺寸涂層的宏量制備技術(shù)，加快從實(shí)驗(yàn)室到市場的生產(chǎn)轉(zhuǎn)變過程。例如，GO在2個(gè)電極之間迅速且完全發(fā)生熱還原反應(yīng)時(shí)，涂層才能發(fā)出預(yù)警信號(hào)，這嚴(yán)重限制了其在大尺寸基材上的實(shí)際應(yīng)用。為了克服這個(gè)難題，Xie等通過噴涂技術(shù)，利用GO、AgNWs、氟化物聚乙烯醇縮丁醛（FPVB）制備了一種三明治狀涂層[圖3（d）]。在聚丙烯基材上僅需構(gòu)筑0.1 mm的涂層，復(fù)合材料即可在0.83 s進(jìn)行火災(zāi)響應(yīng)，其PHRR值下降了57.6％，展現(xiàn)出了靈敏火災(zāi)響應(yīng)能力和優(yōu)異防火性能，這歸功于GO的熱致響應(yīng)行為及GO、AgNWs、FPVB 間的協(xié)同防火作用。由于超薄夾層狀結(jié)構(gòu)，涂層內(nèi)任意著火點(diǎn)兩端電極的距離均保持在微米級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)了大尺寸涂層（300 mm×50 mm）的制備，在交通、住房和電器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，該涂層具備良好的疏水性和自清潔能力，從而有效解決了涂層吸附灰塵和耐水性差的問題。

 

3.3 智能化

 

傳統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警防火涂層缺乏火災(zāi)自主決策能力和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，依賴于人工操作和傳統(tǒng)有線連接，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)易受到干擾且效率較低，無法實(shí)時(shí)傳輸火場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。因此需要將涂層與新技術(shù)（如模型評(píng)估、算法預(yù)測(cè)、壓力傳感、無線傳輸、救援定位等）相結(jié)合，減少人為干預(yù)，提高檢測(cè)效率，提供更快速靈活的數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和定位追蹤能力，實(shí)現(xiàn)涂層的智能化。

 

3.3.1  模型評(píng)估、算法預(yù)測(cè)

 

盡管近年來火災(zāi)預(yù)警防火涂層發(fā)展迅速，但目前尚缺乏統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行相關(guān)預(yù)警性能測(cè)試評(píng)估。例如，在評(píng)估涂層的火災(zāi)預(yù)警響應(yīng)靈敏度時(shí)，由于不同研究采用的觸發(fā)電阻阻值和電路設(shè)計(jì)各不相同，無法進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確的可比性控制測(cè)試，簡單地采用火災(zāi)響應(yīng)時(shí)間來對(duì)比各種涂層的預(yù)警優(yōu)良性有失偏頗，因此建立一個(gè)切實(shí)可行的模型能更加全面地評(píng)估涂層的預(yù)警靈敏度，并為后期涂層優(yōu)化提供重要依據(jù)。此外，模型評(píng)估可以與人工智能結(jié)合使用以提高火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和智能化程度，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析火災(zāi)發(fā)生概率和發(fā)展趨勢(shì)，從而超早期預(yù)測(cè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化防控策略。

 

將涂層與模型評(píng)估和算法預(yù)測(cè)相結(jié)合，能綜合考慮多種因素以提升性能評(píng)估的準(zhǔn)確性和火災(zāi)預(yù)測(cè)的可靠性，為選擇合適的涂層材料、優(yōu)化火災(zāi)預(yù)警性能提供更可靠的依據(jù)。

 

3.3.2  壓力傳感、無線傳輸、救援定位

 

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，普通火災(zāi)預(yù)警防火涂層的功能相對(duì)不足，無法實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋外界環(huán)境，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和通信，更無法準(zhǔn)確定位和追蹤被困人員位置以實(shí)施精準(zhǔn)救援；此外，涂層通常利用傳統(tǒng)報(bào)警燈或蜂鳴器來傳遞預(yù)警信號(hào)，當(dāng)人們受到環(huán)境干擾時(shí)視聽感知相對(duì)遲鈍，這對(duì)人員的及時(shí)疏散造成嚴(yán)重的影響。因此，涂層需要與智能技術(shù)（如壓力傳感、無線傳輸和救援定位等）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其在智能化場景和可穿戴領(lǐng)域中的應(yīng)用。

 

He等利用海藻酸鈣、Fe3O4和AgNWs制備了一種火災(zāi)預(yù)警與防火電子紡織品，并將其與納米摩擦發(fā)電機(jī)相結(jié)合設(shè)計(jì)了智能消防防護(hù)服[圖3（e）]。通過單片機(jī)獲取和傳輸產(chǎn)生的電壓信號(hào)，該防護(hù)服可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)場景中的數(shù)據(jù)無線傳輸和人員實(shí)時(shí)定位，有效提高救援效率。Wang等利用MXene和CCS制備了新型功能化涂層，并通過層層自組裝法將其構(gòu)建在棉織物上。基于MXene的熱致電壓響應(yīng)特性、受壓電阻響應(yīng)特性、高導(dǎo)電性和棉織物的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合織物表現(xiàn)出廣域溫度傳感特性、靈敏的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能力和可控的焦耳加熱性質(zhì)，為制備新型智能防火棉織物提供了新思路。

 

涂層與智能技術(shù)相結(jié)合能夠更好地滿足特定需求和復(fù)雜應(yīng)用場景，為智能預(yù)警防火材料的研發(fā)提供了新思路和技術(shù)基礎(chǔ)。

 

4、 結(jié)　語

 

（1）電阻型火災(zāi)預(yù)警防火涂層依賴外部電源，可與納米摩擦發(fā)電機(jī)、熱電材料等相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)自供電火災(zāi)預(yù)警；電壓型火災(zāi)預(yù)警防火涂層需要提高熱電效率，主要考慮通過改進(jìn)材料制備技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；（2）需要探索新型涂層材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化涂層的火災(zāi)預(yù)警與防火性能，增強(qiáng)其火災(zāi)響應(yīng)的靈敏性、持久性和可靠性；（3）需要賦予涂層多種功能（疏水疏油性、自愈合性等）以應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，滿足不同領(lǐng)域和應(yīng)用場景的需求，提供更全面的保護(hù)和性能優(yōu)化，擴(kuò)展實(shí)際應(yīng)用范圍；（4）需要開發(fā)大尺寸涂層的制備技術(shù)，促進(jìn)其市場化生產(chǎn)；（5）將火災(zāi)預(yù)警防火涂層與物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)聯(lián)動(dòng)，使其能夠在智能消防、公共安全和可穿戴領(lǐng)域高效穩(wěn)定工作。