可调谐石墨烯纳米复合材料温度报警传感器

(Nanowerk News）早在2018年，我们就报道了使用耐火无机纸作为基于超长羟基磷灰石纳米线和氧化石墨烯的涂层材料的火灾报警墙纸。在复合纸、报警灯和报警蜂鸣器之间设置有电气连接，在相对较高的实验温度下实现不到2秒的即时响应时间。

电阻率温度系数低的材料在某些领域非常重要，例如高精度电子测量仪器和微电子集成电路。

这些和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，可以用作温度报警传感器的有效材料。

这些研究大多只关注利用氧化石墨烯还原的机理来实现导电状态的转变，而不是其他类似石墨烯的材料。

在ACS Applied Materials & Interfaces（“可调谐石墨烯/硝化纤维素温度报警传感器”）上发表的新工作中，来自曼彻斯特大学和湖北大学的研究人员整合了石墨烯的电导率和硝酸纤维素的绝缘性，以制备新的火灾报警传感器。

（a）石墨烯/硝酸纤维素复合材料报警的制造过程示意图，（b）硝化纤维素的化学结构和石墨烯/硝酸纤维素复合材料的分子结构。（经美国化学学会许可转载）

虽然石墨烯/硝酸纤维素膜在正常状态下保持电绝缘，但在高温下会立即变为导电：一旦遇到火焰侵蚀，硝酸纤维素在高温下会迅速分解，并诱导其电阻发生明显的转变，导致报警传感器的转换过程从电绝缘转变为电子导电状态

通过将LED报警灯连接到石墨烯/硝酸纤维素传感器，可以制造出在火焰攻击或异常环境高温下的超快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调整石墨烯和硝化纤维素的比例来调整，以便在不同的火灾易发情况下做出反应：硝酸纤维素含量每增加1%，响应温度就会增加∼1.8°C。

由于硝酸纤维素热分解在某些情况下会发生反应，并且只需要热量 – 其中氧气是不可或缺的因素 – 报警传感器能够在无氧或真空环境中稳定工作。

作者得出结论，该火灾报警器还拓宽了化学修饰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过渡传感器中的应用，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希望的概念。