火災(zāi)定義為在時間或空間上失去控制的燃燒。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。如果說消防員是老百姓的防線，那消防服就是消防員的防線！一款防火阻燃的消防服對消防員來說意義重大。
最近，由中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士團隊報道一款既能防火阻燃，也能用火發(fā)電的阻燃紡織物，可為消防員提供智能定位和報警。結(jié)合阻燃導(dǎo)電棉織物、聚四氟乙烯涂層棉織物和分壓器，研制出一種低成本、環(huán)保的阻燃棉織物基摩擦納米發(fā)電機(FT-TENG)，具有優(yōu)異的阻燃性能和卓越的能量采集能力。FT-TENG被成功用作消防員的能量收集器以及森林自救和火災(zāi)報警系統(tǒng)的自供電傳感器。該論文以“Flame-Retardant Textile-Based Triboelectric Nanogenerators for Fire Protection Applications”為題，發(fā)表在ACS Nano。
FT-TENG由兩種阻燃的銀涂層棉織物（FC），聚四氟乙烯涂層的棉織物（PC）和分隔物組成。通過將棉織物交替浸入陽離子聚電解質(zhì)溶液（PEI＆MEL）和陰離子電解質(zhì)溶液（PA）中，通過LBL自組裝方法制備阻燃棉織物。FT-TENG是通過FC和PC之間的連續(xù)接觸分離產(chǎn)生連續(xù)的交流電輸出，點亮“FIREMAN”LED燈。
圖1阻燃棉織物基摩擦納米發(fā)電機，點亮“FIREMAN”LED燈
不同紡織物的阻燃測試
在明火，強熱通量和高溫條件下，對經(jīng)過防火處理的棉織物的阻燃性能進行了討論。垂直燃燒測試可以直觀地顯示明火下樣品的性能。垂直燃燒測試后未經(jīng)處理的棉織物和各種經(jīng)過阻燃處理的棉織物的照片如圖所示。所有處理過的棉織物都具有出色的自熄能力，而未處理的棉織物則完全燃燒。阻燃涂層可通過磷氮阻燃組合系統(tǒng)的協(xié)同作用來防止棉織物燃燒。增加沉積次數(shù)和溶液濃度會導(dǎo)致更多的阻燃涂層沉積，從而有助于進一步改善棉織物的阻燃性能。
圖2 ?不同棉織物的阻燃測試。通過LBL自組裝技術(shù)，用不同的溶液濃度（a–e）和不同的沉積時間（f–j）處理的未經(jīng)處理的棉織物和阻燃棉織物。（a，f）垂直燃燒測試后不同棉織物的照片。放熱量（b，g）和總放熱量（c，h）與錐形量熱儀測試的溫度成函數(shù)關(guān)系。TGA（d，i）和DTG（e，j）在空氣中彎曲
電輸出性能
機械直線電機被用來量化FT-TENG的電力輸出性能，包括開路電壓(VOC)、短路電流(ISC)和短路電荷轉(zhuǎn)移(QSC)。薄棉織物和厚棉織物的厚度分別為0.36和0.64 mm。為了獲得有效數(shù)據(jù)，將FT-TENG的面積控制在5×5 cm2在以下實驗中。在相同的測試條件下，使用薄棉織物的FT-TENG的電輸出要高于使用厚棉織物的FT-TENG的電輸出。在700MΩ的外部負載電阻下，最大峰值輸出功率密度可以達到343.19 mW/m2。此外，即使在17個不同的位置燃燒后，F(xiàn)T-TENG仍可保持49.2％的初始電輸出。?當FT-TENG暴露于220°C時，也會保留34.48％的電輸出。
圖3 ? FT-TENG的電輸出性能。（a）中VOC，（b）中QSC，和（c）ISC下在用于不同數(shù)量的次數(shù)（1-5次）PTFE分散液浸漬薄棉的FT-TENG的。分壓器折疊次數(shù)不同對電氣輸出性能的影響，包括FT-TENG的（d）VOC，（e）QSC和（f）ISC。（g）輸出電流密度和功率密度隨外部電阻的變化。（h）不同電容器的FT-TENG的充電電壓曲線。（i）FT-TENG的穩(wěn)定性和魯棒性測量。
總結(jié)：該研究提出并制造了一種可穿戴阻燃FT-TENG，用于在易燃場景中收集機械能和自供電傳感。在阻燃性方面，經(jīng)LBL自組裝技術(shù)處理后的棉織物均具有良好的自滅火能力，而未處理后的棉織物易被燒毀。?由于其出色的性能，F(xiàn)T-TENG可被用作消防員的能量收集器，用于將機械能轉(zhuǎn)換為電能，以及用于森林自救和火災(zāi)報警系統(tǒng)的自供電傳感器，可以準確地傳輸實時位置信息，即使火災(zāi)發(fā)現(xiàn)者不能正確描述的位置。
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