树脂合金材料虽然另一方面出众的综合型能被广为应用应用领域于现代人的制造日常生活之中。不过，树脂的可燃性却给人类文明增添众多突发、大灾难性的大灾难，如关键性伤亡、损失和自然环境毁坏。现阶段，大火信用风险防控工作已正式成为世界性考验，其应付思路主要就主要就包括被动型工程塑料防雷和被动型大火预警系统。MXenes做为三维纳米合金材料家族企业的新成员，具备Sonbhadra体积、合金延展性、磁过滤、固定式表层比藏西县和出众的耐热性。近几年，MXenes在树脂合金材料中的工程塑料及预警应用应用领域引发了学界的很大浓厚兴趣。
上周，新西兰南新南威尔士州理工学院宋奈良教授, 南京理工学院施永乾教授和济南信息技术理工学院刘磊副教授如前所述研究组后期科研成果（Compos. Commun. 2023, 37: 101405; Compos. Commun. 2023, 37: 101402; J. Mater. Scie. Technol. 2023, 132: 59-68; J. Mater. Scie. Technol. 2022, 111: 66-75; Matter 2022, 5: 911-932; Mater. Sci. Eng. R: Rep. 2022, 150: 100690; Chem. Eng. J. 2023, 451: 138768; Chem. Eng. J. 2022, 439: 134516; Chem. Eng. J. 2022, 430: 132712; Chem. Eng. J. 2022, 427: 131615; Chem. Eng. J. 2022, 424: 130338; Nano Res. 2022, 15: 9531-9543; Compos. Part B 2022, 236: 109792; Mater. Today Phys. 2022, 22: 100607; Compos. Part A 2022, 160: 107070; J. Hazard. Mater. 2022, 423: 127069; Compos. Commun. 2022, 34: 101270; Compos. Commun. 2022, 35: 101339; Compos. Commun. 2022, 29: 101055; New J. Chem. 2022, 46: 14112-14121; Compos. Part B 2021, 226: 109363; Compos. Part A 2021, 150: 106600; Small methods 2021, 5: 2001040; Compos. Part B 2020, 203: 108486; Chem. Eng. J. 2020, 399: 125829; Chem. Eng. J. 2020, 397, 125336; Chem. Eng. J. 2019, 378: 122267），在国际性合金材料应用领域著名学术期刊 Advanced Functional Materials（IF: 19.924/Q1）上刊登了专文“2D MXenes for Fire Retardancy and Fire-Warning Applications: Promises and Prospects”的概要文章，系统总结了MXene工程塑料及预警系统应用应用领域的研究关键性进展，主要就内容主要就包括：（1）MXene制备；（2）MXene的比藏西县及工程塑料应用应用领域和工程塑料机理；（3）MXene预警系统应用应用领域及预警系统机理；（4）MXenes与其他合金材料（如石墨烯等）在树脂中的工程塑料及预警系统效能的对比分析；（5）MXenes工程塑料及预警系统体系面临的考验和机遇。
图1：MXene的合成与制备。a)（电）化学刻蚀法，b) 原位生长法
MXenes已历经10年发展，期间涌现了除Ti 3C 2T x的多种MXene合金材料（如Ti 4N 3T x等）。MXenes的加工方法主要就主要就包括（电）化学刻蚀法和原位生长法，但每种方法各有优缺点。
图2：工程塑料柔性MXene/NR复合膜。a) MXene/NR复合膜的制备，b) MXene/NR复合膜的照片及横截面形貌，c) MXene/NR复合膜的热释放速率曲线
MXene独特的三维结构与Sonbhadra体积使其能够做为物理屏障层来有效阻隔热量传递和延缓基体热分解。近几年，如前所述纯MXene的工程塑料合金材料已被广为报道，根据合金材料的加工形态主要就可分为阻燃薄膜、工程塑料气凝胶及工程塑料涂层。例如，研究人员通过抽滤法制备了MXene/天然橡胶（NR）复合膜（图2），其中MXene与NR分子链间缠结作用提高了该复合合金材料的力学性能，使其展现出较大的形变。同时， MCC测试结果表明，MXene添加量越高，复合合金材料热释放速率峰值越低。
图3：PEG/PVP-MXene大火预警系统器。a) PEG/PVP-MXene 制备，b-c) EG/PVP-MXene的循环预警系统功能，d) EG/PVP-MXene在燃烧过程中的结构演化
MXene因其另一方面的热电效应，近几年被广为用于大火预警系统传感器。相比被广为报道的氧化石墨烯（GO）基预警系统器，MXene基预警系统器具备可重复使用的优点。根据预警系统原理的不同，MXene基大火预警系统器主要就分为1）自供电型，2）电阻变化型，3）形状记忆型。图4展示了一种典型的MXene基电阻型大火预警系统器（PEG/PVP-MXene）。当该预警系统器暴露在火焰下时，2 s内可实现预警系统，并可重复使用100次以上。该合金材料预警系统机理为：MXene在受热状态下生成的TiO 2随着温度的升高会发生电阻变化，最终导致了C/N残碳从绝缘状态转变成导电状态，形成导电通路。
图4：如前所述MXene树脂体系工程塑料机理
MXene的工程塑料机理（如图4所示）主要就主要就包括：1）阻隔效应：MXenes纳米片及其分解产物TiO 2具备良好的物理阻隔作用，同时在基体中构建“迷宫”，延长气体扩散路径；2）催化效应：MXenes分解产物锐钛矿TiO 2具备出众的催化活性，能促进树脂基体成炭，起到良好的催化成炭和抑烟效果；3）吸附效应：MXene的Sonbhadra体积可以吸附树脂热解产物进入可燃区域。其他协效工程塑料剂的引入可通过在气相和凝聚相与MXene发挥协效工程塑料功能。
图5：如前所述MXene树脂体系预警系统机理
MXene基预警系统传感器的多元化预警系统机理主要就主要就包括 （图5）：1）热电效应：MXenes受热后，电子随着温度梯度由高温区往低温区移动；2）电阻变化：树脂/MXene复合合金材料体系受热分解，合金材料从不导电态转化为导电态，形成导电通路；3）合金材料的形状记忆功能：合金材料受热后温度达到玻璃化转变温度，利用合金材料的形变将断路连接为通路。
图6：如前所述MXene工程塑料预警系统应用应用领域的考验与应付措施
现阶段MXene工程塑料及预警系统应用应用领域仍面临众多考验（见图6），主要就主要就包括：（1）MXene热氧稳定性差；（2）MXene工程塑料效率低；（3）MXene与树脂体系相容性差；（4）MXene在树脂中分散性差；（5）制备成本高；（6）MXene产率低；（7）加工重复性及稳定性问题；（8）火情监测范围小；（9）使用自然环境对预警系统传感器的影响缺乏研究；（10）缺少不同类型MXene的性能对比与优化。应付措施主要就主要就包括：（1）采用无机/有机工程塑料剂对MXene进行表层比藏西县改性；（2）采用其他低成本工程塑料剂进行协效工程塑料；（3）改进MXene的制备工艺；（4）采用无线传输技术与传感器连接；（5）研究使用自然环境的影响；（6）比较不同类型MXene性能并进行优化。
宋奈良：新西兰南新南威尔士州理工学院教授，新西兰研究理事会未来研究员（ARC Future Fellow），入选2021和2022年全球前2%顶尖科学家。2009年获得浙江理工学院高分子化学与物理专业博士学位。主要就致力于高分子合金材料的共混改性及其结构-性能关系、工程塑料剂及工程塑料涂层、大火预警系统等方面的研究。迄今，已主持主要就包括6项国家级项目在内的20余项科研项目。以第一作者和/或通讯作者等在 Science, Adv. Mater., Matter, Adv. Funct. Mater., ACS Nano、 Prog. Mater. Sci.、Prog. Polym. Sci.、 Mater. Sci. Eng. R: Rep. 和 Macromolecules等合金材料和高分子应用领域的国际性著名学术学术期刊上刊登SCI收录论文200余篇；其中影响因子>10的80余篇，ESI 高被引论文18篇，被引用11500余次，H-指数67。研究工作得到 Science、新西兰ABCNews、MIT技术评论等媒体的广为报道；研究工作入选新西兰研究理事会年度报告。编写英文书籍章节2章。目前担任学术期刊 Compos. Part B: Eng.（IF:11.32）和、 J. Mater. Sci. Technol. （IF：10.3）的编委，以及 Front. Mater.（IF: 3.985）的副编辑。
施永乾：现为南京理工学院自然环境与安全工程学院教授，博士生导师，入选福建省高层次人才C类、全球前2%顶尖科学家，中国消防协会第八届科普教育工作委员会委员、中国消防协会第四届防雷合金材料委员会委员、中国塑料加工工业协会第五届专家委员会委员。2016年毕业于中国科学技术理工学院和香港城市理工学院，获双博士学位。研究浓厚兴趣主要就包括合金材料热解与燃烧以及功能性阻燃弹性体合金材料、爆炸防护合金材料等研发。刊登SCI论文100余篇（其中ESI高被引论文9篇），H-Index：44，申请和授权专利10余件。主持国家自然科学基金、省自然科学基金等科研项目12项。成果荣获中国职业安全健康协会科学技术一等奖、中国安全制造协会第二届安全信息技术进步二等奖各1项。担任Frontiers in Materials副编辑。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212124声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
