生物分子改性氧化石墨烯热敏传感器用于早期火灾预警
批准号:
52002072
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
24.0 万元
负责人:
陈飞飞
依托单位:
学科分类:
碳素材料与超硬材料
结题年份:
2023
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈飞飞
中文摘要
无法对早期火灾快速预警和有效处置造成严重的人员伤亡和财产损失。传统火灾预警传感器存在抗干扰能力差、预警迟滞严重等不足。本项目以开发新型氧化石墨烯热敏传感器为导向,突破其“无法持续预警、低温响应差”的瓶颈,发展生物分子改性的新方法,利用生物分子同时具有阻燃和还原性,改善氧化石墨烯的热稳定性和耐火性、降低含氧基团的分解温度,从而增加预警时长、降低响应温度。本项目研究生物分子种类、掺比、制备工艺等因素对氧化石墨烯组成、结构、性能的调控,探讨阻燃性对预警时长的影响,揭示生物分子对氧化石墨烯的还原机制,探讨还原程度对含氧基团分解温度和传感器响应温度的影响,阐明生物分子改性与火灾预警性能之间的构效关系,从而建立生物分子/氧化石墨烯热敏传感器为基础的火灾预警装置,实现对早期火灾的及时探测、并快速预警。
英文摘要
The inability to rapidly warn and effectively deal with early fire will cause severe casualties and property loss. The traditional fire warning sensors have a low anti-interference ability and a great delay in fire warning. This project aims at new graphene oxide thermosensitive sensors. The problems to be solved are that graphene oxide thermosensitive sensors cannot warn continuously and show poor response to low temperature. We propose a new strategy of biomolecules modification. The flame retardancy and reduction ability of biomolecules can not only improve the thermal stability and fire resistance of graphene oxide, but also lower the decomposition temperature of oxygen-containing groups. In this way, the warning time can be increased and the responsive temperature can be decreased. In this project, we will study the effects of species and ratio of biomolecules, and preparation ways on the composition, structure, and properties of graphene oxide. The effect of flame retardancy on the warning time will be analyzed. The reduction mechanism of biomolecules towards graphene oxide will be clarified. The effect of reduction degree on the decomposition temperature of oxygen-containing groups and responsive temperature of sensors will be analyzed. The relationship between biomolecules and fire warning performance will be revealed. Based on the results, we will further construct the fire warning devices using biomolecule/graphene oxide thermosensitive sensors to achieve the timely detection and rapid warning of early fire.
中文摘要 (对项目的背景、主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等做简单概述,800字以内,含标点符号):.现有火灾预警传感器存在抗干扰能力差、预警迟滞等不足,基于氧化石墨烯的新型火灾预警传感器具有快速火焰响应的特点,但由于阻燃性差、表面含氧基团丰富,导致预警时长短、预警温度高。本项目创新提出生物分子改性的方法,利用生物分子燃烧时产生不可燃气体和残炭保护层,显著提高氧化石墨烯的阻燃性,增加预警时长(大于5分钟);另一方面,研究发现生物分子的–NH2等基团能够与氧化石墨烯表面含氧基团反应,去除部分含氧基团,即具有还原功能,从而降低预警温度(<160℃)。该设计思路可拓展至含–NH2基团的其他有机分子(如聚乙烯亚胺、氨丙基三乙氧基硅烷),从而建立了有机分子改性氧化石墨烯与火灾预警性能之间的构效关系。此外,本项目通过引入热致变色分子和二维碳化钛,进一步降低了火灾预警温度(55℃)、并且实现了重复火灾预警,揭示了热致变色和二维碳化钛的预警机制。.本项目对所发展的4种氧化石墨烯复合材料进行了理化性质表征、热稳定性和阻燃性分析、火灾预警性能评估和机制研究,研究结果为设计高灵敏性、持续预警、低温响应的新型智能火灾预警传感器提供了理论基础和指导方针。本项目的相关研究成果在ACS Nano、Chemical Engineering Journal、Composites Part A等学术期刊上发表标注本项目资助的论文12篇,授权中国发明专利5件,培养3名硕士研究生获得硕士学位,另有8名在读硕士研究生。在执行期内,本项目所取得的成果达到并优于预期目标。
新型无机非金属基膨胀型阻燃耐火包带材料研发
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:陈飞飞
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依托单位:
国内基金
海外基金