武汉纺织大学考研(武汉纺织大学考研招生简章)

武汉纺织大学考研，武汉纺织大学考研招生简章

消防服是消防人员在灭火过程中保护其免受烧伤的必备装备， 在高度危险的火场环境中，消防员极易进入高温火场环境中导致防护服遭受高温而损伤，使 消防员难以安全及时的撤离火场。因此，开发适用于消防服的可穿戴火灾预警电子纺织品，赋予消防服高温预警功能，对消防员在灭火作业时的安全防护意义重大。

近日，武汉纺织大学王金凤教授团队报道了一种兼具灵敏火灾预警与自供电能力的超轻可穿戴消防服用火灾预警电子纺织品，该研究基于摩擦纳米发电机(TENG)机理，结合气凝胶纤维的轻质，可编织性及半导体纳米材料的温度响应电阻变化特征，成功制备出一种超灵敏温度响应与自供电能力的电子织物,为消防服装提供实时的火灾温度监测及智能定位功能。相关研究成果以“An Ultralight Self-Powered Fire Alarme-Textile Based on ConductiveAerogel Fiber with Repeatable Temperature MonitoringPerformance Used in Firefighting Clothing”为题发表在《ACS Nano》（IF：15.881）上。武汉纺织大学的何华玲博士与硕士研究生刘金如为文章共同第一作者，于志财副教授与王金凤教授为共同通讯作者。

该研究利用湿法纺丝、溶胶-凝胶转变、喷涂、编织等一系列技术制备超轻质火灾预警气凝胶纤维及电子织物。该纤维包含海藻酸钙、Fe3O4纳米粒子和银纳米线（Ag NWs），实现了超灵敏消防服的温度监测和能量收集。将该电子织物与消防服用面料结合，当消防服表面遭受350℃以上高温火焰时可实现及时预警，也可用作消防服的能量收集器，为消防员提供自供电定位及个人营救功能（图1）。

图1. (a) 气凝胶电子织物制备过程示意图；(b) 不同直径气凝胶纤维照片；(c-d)气凝胶纤维SEM；(e) 火灾预警电子织物照片；(f)电子织物轻质性展示；(g) 气凝胶纤维与其他商用纤维的纤维密度比较；（h）海藻酸钙和银纳米线之间的氢键结合；(i)火灾预警电子织物在智能消防服中的应用，用于能量收集、实时火灾预警和精确救援定位。

基于纳米Fe3O4响应电阻变化特性和银纳米线高导电特性，气凝胶电子织物可实现灵敏、可重复火灾预警功能。当遭受火焰灼烧时，该电子织物2-3s即可触发火灾预警系统。当电子织物第二次暴露于火焰时，受热的电子织物依然能够在2-3s触发预警系统，具有可重复的温度监测能力。基于开发的火灾预警系统，当电子织物集成到消防服装中，在接触火焰后2 s触发报警机制并向消防员传递报警信号，达到热防护与预警同步双功能（图2）。

图2. (a) 气凝胶电子织物的火灾预警测试过程；(b，c) 不同循环时间(20和40s)下气凝胶电子织物电流变化曲线；(d) 气凝胶电子织物火灾预警重复性测试；(e) 不同温度气凝胶电子织物电阻变化特性；（f）气凝胶电子织物集成到消防服中的工作模式。

以气凝胶电子织物为正极摩擦材料，聚四氟乙烯（PTFE）整理的棉织物为负极摩擦材料构建TENG，实现能量收集和自供电传感功能。研究不同气凝胶纤维直径、不同银纳米线喷涂次数、不同温度和不同PTFE浓度对TENG电输出性能的影响。即使TENG 暴露于250 ℃高温下，其依然保留47.7%的电输出。TENG可以对人体各部位包括肘部、腕部和手指弯曲等实现能量收集与转换，即使手指微小变形也能够输出电压信号。

图3. (a) 电子纺织品和 PTFE 材料制备的 TENG 示意图;(b) TENG通过垂直接触-分离模式的基本发电机制。(c) COMSOL软件对相应的电势分布进行数值计算; (d) 不同气凝胶纤维直径的TENG电输出性能; (e) 喷涂不同银纳米线次数的TENG电输出性能; (f) 不同温度下TENG电输出性能; TENG固定在人体不同部位，如手腕(g)、肘部(h)、手指(i)位置的实时电压输出信号。

总结：该研究提出并制造了一种兼具超灵敏火灾预警与自供电能力的超轻可穿戴消防服用火灾预警电子纺织品，并被集成到消防防护服中，实现了100-400℃范围内防护服所暴露温度的实时监测，以及消防服被高温火焰损坏之前及时向穿戴者发送报警信号。此外，基于电子织物构建的TENG可用作消防员的能量收集器，为火灾自救定位系统提供电能，帮助救援人员在火灾中搜救被困消防员。该项研究得到了纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室、先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室及生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室的大力支持。

全文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10144

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来源：高分子科学前沿

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