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  火災救援現場環境復雜，高溫、高濕等極端條件對消防裝備的性能提出了嚴苛要求。目前，智能消防服的發展主要有兩個方向：一是將剛性傳感器縫在消防服上，但這些傳感器不僅影響服裝的靈活性和透氣性，其依賴的電池在高溫下還存在泄漏、爆炸風險；二是開發柔性紡織基自供電傳感器，但現有產品普遍存在一個短板 - 環境濕度升高會導致電輸出性能下降，嚴重影響信號傳輸。

  針對這些痛點，西安工程大學樊威教授團隊及其合作者借鑒耐高溫導線的同軸結構設計，通過層級紡織組裝技術開發出一種超級智能防火紗線（SIFY）。這種紗線不僅具備優異的阻燃性、高強度和耐磨性，更突破了傳統摩擦納米發電機（TENG）在高濕度環境下的性能限制，實現了濕度越高、電輸出越強的“反常識”突破。相關成果發表于《Advanced Science》。

一、SIFY的“三層鎧甲”：結構決定性能

  SIFY采用獨特的三層同軸結構，每層材料各司其職，共同鑄就其“硬核”性能：

• 芯層：以聚二甲基硅氧烷（PDMS）纖維為基底，纏繞高導電的鍍銀銅線（電導率達 1.92×10? S/m），形成可伸縮的電極，確保在形變下不易斷裂。

  
  

• 中間層：通過同軸濕紡技術，將苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）與聚磷酸銨（APP）、磷氮阻燃劑（PNFR）的混合物涂覆在芯層外，形成防水阻燃層。它像一道“屏障”，既能隔絕外界濕氣對電極的影響，又能在高溫下發揮阻燃作用。

  
  

• 外層：采用聚對苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維通過二維編織技術包裹，賦予紗線超高的機械強度和阻燃性，滿足火災現場的極端力學需求。

圖1 展示了SIFY的制備流程和三層結構的微觀形貌：從PDMS纖維到纏繞導線，再到涂覆中間層，最后編織外層PBO纖維，一步步構建出均勻的同軸結構

二、性能“天花板”：阻燃、強度、耐磨性拉滿

1. 極致阻燃，烈火難侵

  火災現場，阻燃性能是“保命線”。SIFY的中間層SEBS/APP/PNFR通過物理混合阻燃劑，極限氧指數（LOI）從純SEBS的18.6%提升至33.6%，燃燒時會形成連續致密的炭層和氣泡，隔絕氧氣并抑制火焰蔓延。外層PBO纖維進一步強化阻燃效果：SIFY的LOI高達50.2%（遠超消防服常用芳綸紗線的29%），經12秒燃燒后損傷幾乎可忽略（圖2）。這意味著即使在烈火中，SIFY也能保持結構穩定。SIFY與已報道阻燃摩擦電紗線的核心指標，在LOI、拉伸強度、高溫電性能保留率等方面，SIFY均位居第一。

圖2. SIFY的阻燃性能

2. 力學“扛把子”，耐磨抗造

  SIFY的拉伸強度達550.72 MPa，是商用芳綸紗線（250 MPa）的2倍多；經過12000次摩擦循環后，結構仍完好無損，電輸出性能穩定。此外，其抗切割性能也表現優異，能應對救援現場的尖銳物體摩擦。

三、濕度“助推器”：高濕環境下性能反升

  傳統紡織基TENG在高濕度環境下，因纖維吸濕會導致電輸出下降，而SIFY卻走出了“逆襲”路線：

• 當相對濕度（RH）低于80%時，SIFY的開路電壓（V_OC）緩慢上升；

  
  

• 當RH升至95%時，V_OC較初始值提升53.57%，穩定在25-27V。

  這一突破的關鍵在于：中間層SEBS/APP/PNFR和外層PBO纖維均為疏水材料（水接觸角分別為126.6°和136.3°），能阻擋水分侵入芯層；而在超高濕度下，水分會沿纖維界面擴散，與PBO纖維形成氫鍵，水分子作為帶正電材料參與摩擦起電，從而增強電輸出。此外，SIFY在高溫下也能穩定工作：200℃時，V_OC仍保持初始值的66.57%，且300秒內信號穩定，完全適配火災現場的高溫環境。

圖3. SIFY的摩擦電性能

四、從紗線到裝備：智能消防的“多面手”

  SIFY不僅是一種高性能紗線，更能通過紡織加工制成電子紡織品，實現“一材多用”：

• 自供電傳感器：編織成的電子織物可用于手勢識別——接觸的手指數量不同（1-5根），輸出電壓從0.23 V增至3.93 V，信號能實時轉化為指令并通過藍牙傳輸(圖5b)，解決火災現場語音、視覺通信受阻的問題；

  
  

• 智能消防繩：與芳綸纖維編織成的消防繩，能通過摩擦產生的電信號實時監測自身狀態(圖5)。若繩子磨損、斷裂，電信號消失，可及時預警，避免救援中因裝備失效造成的危險；

  
  

• 微型電源：3.5cm×3.5cm 的SIFY電子織物可點亮57盞LED組成的“FIRE”圖案（圖4f），還能為低功耗傳感器供電，擺脫電池依賴。

圖4. SIFY織物的電學性能

圖5. SIFY及其電子織物的應用, a) 集成到消防服中的 SIFY 電子織物的應用示意圖, b) SIFY在不同手勢下的開路電壓（V_OC）, c) 敲擊SIFY電子織物時，與摩爾斯電碼“FIRE”對應的開路電壓（V_OC）, d) 智能繩索的應用場景圖, e) 智能繩索的實物圖, f) 智能繩索損壞前后的開路電壓（V_OC）

  SIFY的出現為智能消防裝備提供了全新解決方案。未來，這種集阻燃、高強度、耐切割、耐磨損、自供電、濕度適應于一體的紗線，有望在消防、極限運動、應急救援等極端環境中發揮重要作用，為消防員的安全再添一道“科技防線”。

  該工作第一作者為西安工程大學碩士研究生孫瑩，通訊作者為西安工程大學功能性紡織材料及制品教育部重點實驗室樊威教授和西安交通大學化學學院王淑娟教授。研究得到國家自然科學基金、陜西省杰出青年科學基金等項目支持。

  原文鏈接：Ying Sun, Yong Zhang, Haoyu Shi, et al. Hierarchically Engineered Flame -Retardant Triboelectric Yarn Exhibiting Robust Mechanical Performance and Humidity-Boosted Electrical Output for Firefighting Applications. Advanced Science, 2025, DOI: 10.1002/advs.202507673.

  https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202507673