來源：Nano-Micro Letters

01 背景介紹

全球火災頻發，因而開發可靠的火災檢測設備對于生命財產與生態環境具有重要意義。然而，傳統的高溫監測和預警系統面臨著受限于封閉空間、需要能源供應和維護困難等挑戰。近年來，基于熱電(TE)材料的火災預警系統正逐漸受到越來越多的關注，具有其自供能特性、可用于戶外開放體系、快速預警和良好的重復性等優點。

02 成果掠影

近日，深圳大學陳光明教授、梁麗榮教授聯合杭州師范大學湯龍程教授等人，采用簡便的溶液加工方式開發了基于 SWCNT/MXene 的高性能TE復合薄膜材料，并通過使用聚乙烯亞胺(PEI)聚合物摻雜p型獲得了n型復合材料。復合薄膜表現出優異的熱電性能(PF= 239.7 ± 15.8 μW m?1 K?2)，且具有優異的阻燃和耐高溫行為。團隊通過串聯組裝p和n型復合薄膜，制備了具有垂直結構的柔性熱電器件(TED)。火災預警應用時，所制備的TED表現出寬閾值可調預警行為(1-10 mV)、優異的重復性(50次循環)、環境耐候性(180天)及超快速預警行為(0.1 s)。結合無線信號傳輸系統，有效地實現了快速火災探測和遠程實時報警信號傳輸。研究成果以“Ultrafast Response and Threshold Adjustable Intelligent Thermoelectric Systems for Next-Generation Self-Powered Remote IoT Fire Warning”為題發表在《Nano-Micro Letters》。

03 圖文導讀

圖1. 基于SWCNT/MXene薄膜的TE IoT火災報警系統的材料制備、器件組裝和應用。(a)p型和n型SWCNT/MXene復合薄膜的制備過程和簡要摻雜機制，以及組裝的TE器件示意圖。(b)下一代智能遠程物聯網火災報警系統概念圖。

圖2. SWCNT/MXene復合熱電薄膜的阻燃性能。(a)典型的燃燒過程，顯示出優異的阻燃性和良好的高溫結構完整性。(b)復合材料EDS光譜。插圖為燃燒前后復合材料的相關元素含量。(c)燃燒前后復合材料的SEM和示意圖。(d, e)燃燒前后復合材料的XPS Ti 2p光譜。(f)復合材料在空氣中的TGA曲線。(g)原始無涂層海綿和復合材料涂層海綿燃燒過程及SEM圖，表明優異的阻燃行為。

圖3. 復合薄膜及其器件的TE特性。(a, b)電導率、塞貝克系數和不同比例的p型SWCNT/MXene薄膜的相應功率因子。(c)質量比為10:3的p型薄膜在多次彎曲循環后TE性能的穩定性。(d, e)電導率、塞貝克系數和不同比例n型SWCNT/MXene薄膜相應的功率因子。(f)經過多次彎曲循環后，質量比為10:2的n型薄膜的TE性能的穩定性。(g-i)使用酒精燈作為熱源下具有1、5和10對p-n耦合的TED的的輸出電壓。

圖4. 器件的火災預警性能。(a)使用TED-5pn進行50次重復火災報警測試。(b)循環使用次數對觸發時間的影響。(c)TED-10pn的環境耐受性。(d)觸發時間與p–n對數量的影響。(e–h)閾值電壓、p–n耦合數量以及設備與外部框架之間的距離對火災報警性能的影響。(i)報警應用中TED觸發時間的比較。

圖5. 基于TE的自供電智能遠程物聯網火災報警系統。(a)所設計的自供電火災報警系統智能無線信號傳輸示意圖。(b)嵌入建筑墻體的TE火災報警系統在不同火焰距離下的實時電壓曲線。(c)基于高性能SWCNT/MXene TE復合材料的城市建筑物聯網智能火災報警平臺的概念圖。

標簽： 導熱散熱 點擊： 評論: