武汉理工大学《Polym Adv Technol》：具有超快火灾报警响应和阻燃性能的氧化石墨烯/壳聚糖纳米涂层

成果简介

本文，武汉理工大学Fangzhou Yang（第一作者）与袁必和副教授（通讯作者）等研究人员在《Polym Adv Technol》期刊发表名为“Graphene oxide/chitosan nano-coating with ultrafast fire-alarm response and flame-retardant property”的论文，研究使用逐层自组装技术，通过壳聚糖 (CS) 分子和氧化石墨烯 (GO) 纳米片之间的静电相互作用，在三聚氰胺泡沫 (MF) 上构建了智能纳米涂层。根据高温下GO快速还原为还原GO的原理，可以构建快速火灾预警网络。由于MF纳米涂层的保护作用，提高了三聚氰胺复合泡沫的热稳定性和阻燃性。随着纳米涂层自组装层增加到20层，其火焰响应时间仅为3 s，连续报警时间高达1280s。这些表明所制备的GO-CS复合泡沫具有优异的阻燃性和超快的火灾响应。

图文导读

图1、（A）在MF上构建GO-CS智能纳米涂层。(B) CS与GO相互作用产生GO-CS智能纳米涂层的机理示意图。CS，壳聚糖；GO，氧化石墨烯；MF，三聚氰胺泡棉

图2、(A) MF 和 (B) GO-CS 25 的 SEM 图像；(C) GO的TEM图像；(D) MF 和 GO-CS 25 的 FTIR 光谱；(E) MF 和各种 GO-CS 复合泡沫的 TGA 曲线。CS，壳聚糖；FTIR，傅里叶变换红外光谱仪；GO，氧化石墨烯；MF，三聚氰胺泡沫；SEM、扫描电子显微镜；TEM，透射电子显微镜；TGA，热重分析

图3、(A) MF 和 (B) GO-CS 20 的 3D TG-IR 光谱；(C) MF 和 GO-CS 20 的 Gram-Schmidt 曲线；在 (D) MF 和 (E) GO-CS 20 的最大分解速率下热解产物的 FTIR 吸收光谱。CS，壳聚糖；FTIR，傅里叶变换红外光谱仪；GO，氧化石墨烯；MF，三聚氰胺泡沫；TG-IR，热重分析-红外光谱法

图4、MF和各种GO-CS 复合泡沫的 5 秒燃烧过程照片。CS，壳聚糖；GO，氧化石墨烯；MF，三聚氰胺泡棉

图5.(A)火警示意图；(B) GO-CS 复合泡沫的火灾响应测试过程快照

图6、(A) 火焰测试后的 MF 和 (B) RGO-CS 25 的 SEM 图像；(C) RGO-CS 25 的 FTIR 光谱；(D) GO、(E) GO-CS 25 和 RGO-CS 25 的 XRD 图；(F) MF 和 (G) GO-CS 20 锥后炭层的拉曼光谱。CS，壳聚糖；FTIR，傅里叶变换红外光谱仪；GO，氧化石墨烯；MF，三聚氰胺泡沫；RGO，还原氧化石墨烯；SEM、扫描电子显微镜

图7、(A) 阻燃机理模型；(B) GO 的热还原机制说明。

小结

在这项工作中，我们描述了一种相对简单且环保的 LbL 方法，用于制备 MF 的 GO 和 CS 智能纳米涂层。形态分析证实了 GO-CS 在 MF 上的涂层以及 GO 和 CS 之间的相互作用。GO-CS复合纳米涂层可作为保护层，有效减少MF的热量和烟雾释放。智能纳米涂层不仅响应速度极快（仅3秒），还提升了报警持续时间。碳残留物的结构观察和分析表明 RGO 网络的形成。根据GO在火灾条件下的化学结构变化，提出了GO-CS的火灾报警机制。这项工作将对用于消防安全和预防应用的先进火灾报警传感器的设计和开发产生重大影响。

文献:https://doi.org/10.1002/pat.5556