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　　納米化學(xué)在消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景展望
　　
　　“納米”是一個(gè)長(zhǎng)度計(jì)量單位，是英文nanometer的譯名。一納米相當(dāng)于十億分之一（10-9）米，大約是10個(gè)原子的并列的寬度。納米化學(xué)是指在納米尺度（1nm到100nm之間）范圍內(nèi)研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用一門(mén)多學(xué)科交叉的科學(xué)。納米材料是指三維空間尺寸至少有一維處于納米量級(jí)的材料，包括納米微粒（零維材料）、直徑為納米量級(jí)的纖維（一維材料）、厚度為納米量級(jí)的薄膜與多層膜（二維材料）以及基于上述低維材料所構(gòu)成的致密或非致密固體。納米材料是介于宏觀(guān)物質(zhì)與微觀(guān)原子或分子間的過(guò)渡亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，因而呈現(xiàn)出一些*性質(zhì)。當(dāng)物體顆粒小到納米量級(jí)后，材料會(huì)表現(xiàn)出常規(guī)粗晶粒材料所不具備的差異特性和反常特性。比如，原來(lái)是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減小到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電。而絕緣的二氧化硅等，在尺寸減小到幾個(gè)納米或十幾納米時(shí)，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣性，變得能夠?qū)щ姟?br />　　
　　近些年來(lái)，納米材料和納米技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，由于納米材料具有與傳統(tǒng)晶體和非晶體材料*不同的*性質(zhì)，使納米材料和納米技術(shù)在電子學(xué)、光學(xué)、化工、陶瓷加工、生物工程和醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并相繼取得重大進(jìn)展。
　　
　　納米技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，但這項(xiàng)技術(shù)已展現(xiàn)出十分誘人的前景。有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為隨著納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米學(xué)、納米顯微學(xué)及納米測(cè)量學(xué)等新的群向前推進(jìn)，納米技術(shù)正在社會(huì)生活的各方面產(chǎn)生巨大變革，并將對(duì)21世紀(jì)消防技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。
　　
　　1納米材料和納米技術(shù)
　　
　　納米粒子具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)，使得納米材料具有*的光學(xué)性能、吸附性能、催化性能、機(jī)械性能和化學(xué)活性，這是納米材料近二十年來(lái)得到世人矚目的根本原因。對(duì)納米材料的研究zui初是從單相金屬材料開(kāi)始的，到目前已發(fā)展到對(duì)合金、化合物、金屬――無(wú)機(jī)載體、金屬――有機(jī)載體和化合物――無(wú)機(jī)載體、化合物――有機(jī)載體等復(fù)合材料以及納米管、納米纖維（或棒）等的研究和制備上。隨著各種形式納米材料的發(fā)現(xiàn)，其制備工藝也日趨多樣化，常見(jiàn)的有真空蒸發(fā)冷凝法、球磨法、沉淀法、溶膠――凝膠法、水熱反應(yīng)法和熱等離子體法，近年來(lái)又相繼出現(xiàn)了脈沖電子沉積法、電弧蒸發(fā)法、激光高溫?zé)Y(jié)法、超臨界流體的迅速擴(kuò)張法、超重力法、輻射法、微乳液法及模板合成法等新工藝。
　　
　　納米技術(shù)是在納米空間（0.1――100nm）內(nèi)研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性，通過(guò)操縱單個(gè)原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)來(lái)具有特定功能的材料或器件。
　　
　　當(dāng)物質(zhì)的尺寸小到1nm～100nm（10-9m～10-7m）時(shí)，由于其量子效應(yīng)，物質(zhì)的局域性及巨大的表面及界面效應(yīng)，使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變，呈現(xiàn)出許多既不同于宏觀(guān)物體，也不同于單個(gè)孤立原子的奇異現(xiàn)象。如把一塊銅逐漸切取，當(dāng)切到十幾個(gè)納米時(shí)候，它的性質(zhì)*不一樣了，變成了一團(tuán)沒(méi)有金屬光澤的黑糊糊的東西。如果你再把它壓制起來(lái)形成一個(gè)納米材料，
　　
　　它的強(qiáng)度要比一般的傳統(tǒng)的銅高十幾倍，而且可以像塑料高分子那樣彎曲。同樣用納米材料做成的陶瓷既摔不碎，又特別耐高溫。這樣的材料稱(chēng)為納米材料。納米材料可劃分為納米粒子、納米線(xiàn)、納米薄膜（涂層）和納米體材（包括介孔材料）。
　　
　　2納米技術(shù)在消防工作中的應(yīng)用
　　
　　納米化學(xué)在消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景展望從已有的報(bào)導(dǎo)來(lái)看，納米材料在消防中的應(yīng)用主要包括五方面的內(nèi)容：納米阻燃材料（納米阻燃劑）、納米鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、納米滅火劑、納米火災(zāi)報(bào)警器、納米消防裝備等。
　　
　　2．1納米阻燃劑
　　
　　納米技術(shù)在阻燃材料中的應(yīng)用已初露端倪，且前景廣闊。*，由于聚合物材料（橡膠、塑料、纖維）的易燃性，造成了眾多的火災(zāi)事故和人員傷亡，阻燃技術(shù)是針對(duì)聚合物材料而采用的一種防護(hù)措施，即阻止材料的燃燒及延緩火焰的蔓延，從而大大降低火災(zāi)的發(fā)生，或?qū)⒒馂?zāi)控制在一定的范圍，為火災(zāi)的撲救贏得寶貴的時(shí)間。研究中發(fā)現(xiàn)，有些納米材料具有阻止燃燒的功能，如果將它們作為阻燃劑添加到可燃材料中，可以改變這些可燃材料的燃燒性能，使其成為難燃燒材料。從目前已經(jīng)研制出的或正在研究的項(xiàng)目來(lái)看，納米技術(shù)用于阻燃劑具體有以下幾個(gè)方面：
　　
　　1、納米超細(xì)粉在阻燃材料中的應(yīng)用。阻燃劑在高分子材料加工過(guò)程中的重要助劑之一，如果采用納米技術(shù)對(duì)高分子材料進(jìn)行阻燃處理，可以實(shí)現(xiàn)難燃性和自息性。目前使用的阻燃劑大多數(shù)為無(wú)機(jī)阻燃劑，它們包括銻系阻燃劑、鋁系阻燃劑、磷系阻燃劑和硼系阻燃劑等。由于這些阻燃劑添加到聚合物中，會(huì)引起聚合物的加工工藝及產(chǎn)品性能發(fā)生改變，特別是對(duì)模塑產(chǎn)品、擠型產(chǎn)品和薄膜產(chǎn)品的表面光潔度影響較大，故需要使所有添加型無(wú)機(jī)阻燃劑的粒度超細(xì)化。像目前使用zui多的一種添加型阻燃劑三氧化二銻，其顆粒大小和形態(tài)對(duì)塑料制品和紡織織物的性能和阻燃效果影響非常大。粒度是三氧化二銻的重要指標(biāo)，只有當(dāng)三氧化二銻的粒度處于納米量級(jí)時(shí)才會(huì)使其本身具有較大的比表面積，對(duì)織物的滲透性大，粘附力高，具有很強(qiáng)的耐洗牢度，阻燃效果也非常明顯。
　　
　　超細(xì)化的阻燃劑可以改善材料的力學(xué)性能，減少阻燃劑的用量，滿(mǎn)足工藝要求。但由于目前使用的三氧化二銻阻燃材料均為微米級(jí)的顆粒，而且分散度大，粒子大小不均勻，這樣產(chǎn)品只能涂覆到被保護(hù)材料的外表，大大降低了三氧化二銻的阻燃性能。
　　
　　納米級(jí)三氧化二銻阻燃材料由于其粒度的變小具有了特殊的延展性能，在阻燃性能方面比微米級(jí)三氧化二銻有了數(shù)量級(jí)的提高。尤其重要的是由于納米級(jí)三氧化二銻粒子直徑小于化纖纖維的直徑，有可能加入到化纖原料母粒中，這樣紡絲后在化纖中均勻分布阻燃材料，從而使得纖維本身具有阻燃性。
　　
　　2、阻燃納米復(fù)合材料的應(yīng)用。盡管使用超細(xì)阻燃劑能有效地提高聚合物的阻燃性能，但也存在一些問(wèn)題，如不能有效控制有毒氣體的釋放及大量煙霧的生成，添加阻燃劑后會(huì)影響聚合物的機(jī)械性能，還會(huì)造成一定的環(huán)境影響。因此，研究并使用聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料將能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求并具有較好的阻燃性能。納米復(fù)合材料實(shí)際上是將材料中的一個(gè)或多個(gè)以納米尺寸或分子水平均勻分散在另一組份的基體中。據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，由于這樣處理后的材料存在超細(xì)的尺寸，所以其性質(zhì)比其相應(yīng)的宏觀(guān)或微米級(jí)復(fù)合材料均有較大的改善。
　　
　　目前在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)制備出納米級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龍－6、丙烯酸等復(fù)合材料。如尼龍－6/蒙脫土（4.2％）納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比純尼龍－6增強(qiáng)50％，玻璃化溫度比純尼龍－6提高約90℃；同時(shí)熱釋放效率也比純尼龍－6要低得很多。
　　
　　聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料具有比傳統(tǒng)填充材料優(yōu)異得多的力學(xué)性能、熱性能、阻燃性能、各向異性等。國(guó)外已將聚合物/層狀無(wú)機(jī)物納米復(fù)合材料用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的配件，并準(zhǔn)備應(yīng)用于飛機(jī)內(nèi)部材料、燃料艙、電子或電氣部件、護(hù)罩內(nèi)的結(jié)構(gòu)部件、制動(dòng)器和輪胎等。很顯然，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，采用納米技術(shù)還可以研制出具有良好耐火性能的鋼材、玻璃、水泥、裝飾板、防火涂料等建筑材料，從而大大提高建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能。
　　
　　2．2納米鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
　　
　　鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限只有15min，如不采取防火保護(hù)措施火災(zāi)中將在很短時(shí)間內(nèi)倒塌。奧運(yùn)工程采用大量鋼結(jié)構(gòu)建筑，這些超高、超大、應(yīng)用大量鋼結(jié)構(gòu)的體育場(chǎng)館防火性能很差，如何提高奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館消防安全水平，已經(jīng)成為擺在設(shè)計(jì)、施工及*門(mén)面前一道共同的課題。目前采用防火涂料就是zui有效的技術(shù)手段之一。納米化學(xué)將對(duì)防火涂料的3個(gè)zui重要的成分進(jìn)行改性和優(yōu)選，從而獲得優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。①納米無(wú)機(jī)－有機(jī)雜化樹(shù)脂納米級(jí)無(wú)機(jī)材料與有機(jī)分子復(fù)合形成具有共價(jià)鍵結(jié)合的復(fù)合樹(shù)脂。復(fù)合樹(shù)脂具有耐高溫、粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)。②納米三氧化二銻、*材料。經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，由于具有更好的分布結(jié)構(gòu)，納米三氧化二銻、*作為阻燃助劑效果良好，可以大大提高阻燃性能，并能制成具有裝飾性的超薄涂料。③無(wú)機(jī)纖維，制備1種具有納米級(jí)纖維結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)纖維。運(yùn)用特殊工藝將其制成納米級(jí)分散體，保證其與樹(shù)脂等材料的充分復(fù)合，使超薄涂料即使在燃燒后也具有高溫強(qiáng)度。
　　
　　2．3納米滅火劑
　　
　　納米技術(shù)的精髓就是從原子分子的操縱出發(fā)構(gòu)建具有全新分子、排列形式的人造結(jié)構(gòu)。微米級(jí)的氣溶膠為傳統(tǒng)滅火劑，與之相比納米級(jí)氣溶膠有全新的性能，其滅火效能有質(zhì)的飛躍，也可稱(chēng)其為納米滅火劑。
　　
　　納米化學(xué)在消防技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景展望已有一些報(bào)導(dǎo)：將傳統(tǒng)的干粉滅火劑（NaHCO3、KHCO3、NH4H2PO4））制成納米材料。從干粉滅火劑的滅火原理來(lái)講，滅火效率與干粉顆粒的大小有關(guān)，在納米尺度范圍的干粉其滅火性能有明顯提高。采用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)新型干粉和泡沫滅火劑，不僅提高了滅火性能，還能延長(zhǎng)滅火劑的有效貯存期。
　　
　　2．4納米火災(zāi)探測(cè)器
　　
　　制作火災(zāi)探測(cè)器是納米材料zui有前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一。目前火災(zāi)探測(cè)器的小型化、微型化和智能化是其主要發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)外火災(zāi)探測(cè)器研究逐步集中在開(kāi)發(fā)新型敏感材料的選擇性火災(zāi)探測(cè)器上。在氣體探測(cè)器領(lǐng)域，由于納米材料粒度小，比表面積大，結(jié)晶表面催化活性強(qiáng)，極有可能開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的氣敏元件，存在巨大的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值和商業(yè)前景。以往的探測(cè)器由于尺寸大，可用經(jīng)典物理很好地描述，隨著探測(cè)器尺寸的微小型化，量子效應(yīng)越來(lái)越起支配作用。從波動(dòng)理論來(lái)看，尺寸大時(shí)發(fā)揮作用的是光波；而在量子效應(yīng)起支配作用的范圍內(nèi)，發(fā)揮作用的將是德布羅意波。利用納米粒子的電阻隨周?chē)h(huán)境中組成氣體的改變而發(fā)生變化的特性，可將納米材料制成敏感的探測(cè)裝置，對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)和定量測(cè)量，有關(guān)這方面的工作目前已有一些報(bào)道。
　　
　　另外，納米粒子便于噴涂和質(zhì)量控制，易極化和轉(zhuǎn)向，表現(xiàn)出較理想的電特性和動(dòng)態(tài)特性，非常適用于瞬態(tài)信號(hào)的測(cè)量。根據(jù)不同的材料構(gòu)成，用納米材料制作的氣敏元件可分為表面控制型和體控制型，以及由這兩種類(lèi)型構(gòu)成的復(fù)合控制型。
　　
　　將納米材料應(yīng)用于消防領(lǐng)域中的報(bào)警工作將是一個(gè)很有發(fā)展前途的方向。利用納米粒子化學(xué)活性強(qiáng)、化學(xué)反應(yīng)選擇性好的特點(diǎn)，將納米材料制作成氣體探測(cè)器或離子感煙探測(cè)器，用來(lái)定量探測(cè)周?chē)h(huán)境中有毒氣體、易燃易爆氣體、蒸氣及煙霧的濃度，并將其與微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，用以預(yù)報(bào)火災(zāi)的發(fā)生并進(jìn)行頂警。一方面，納米粒子的化學(xué)活性強(qiáng)，使用納米材料制作的傳感器或探測(cè)器能在極短的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)，及早發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)；另一方面，納米材料的選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通材料，使用納米材料制作傳感器或探測(cè)器可大大提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)率。這樣在燃燒初起或陰燃階段就能起到很好的探測(cè)作用，達(dá)到早期預(yù)報(bào)，降低火災(zāi)損失的目的。
　　
　　2．5納米消防裝備
　　
　　納米技術(shù)將使消防裝備脫胎換骨，舊貌換新顏。目前，世界上較發(fā)達(dá)的國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家都紛紛投入巨資研究納米技術(shù)，這無(wú)疑為納米材料向更高層次的功能化、超高能化、復(fù)合輕量化和智能化方向發(fā)展。對(duì)于中國(guó)消防現(xiàn)有的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)火災(zāi)滅火系統(tǒng)，特種消防車(chē)、消防滅火技術(shù)裝備，消防個(gè)人防護(hù)裝備、滅火器材、救生器材以及滅火劑等裝備來(lái)源，隨著新納米材料的問(wèn)世，這些裝備將會(huì)以嶄新的面貌和更為優(yōu)良的性能馳騁在未來(lái)的消防zui前線(xiàn)。
　　
　　個(gè)體防護(hù)裝備將實(shí)現(xiàn)輕量化、功能一體化。目前消防戰(zhàn)士在執(zhí)行救火任務(wù)時(shí)，使用的個(gè)體防護(hù)裝備及報(bào)知系統(tǒng)耐熱性差，穿著笨重，不能長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)；特別是執(zhí)行緊急搶險(xiǎn)救災(zāi)任務(wù)時(shí)自防能力水平低，且不能準(zhǔn)確報(bào)知現(xiàn)場(chǎng)的任何情況。可以想象，在未來(lái)消防的*線(xiàn)，單兵將穿著用納米材料制成的內(nèi)衣和防火服，這樣的防火服不僅耐高溫、隔熱性能好，而且具有防毒功能；特別是選用納米碳管材料制成的防火服，其強(qiáng)度要比一般的鋼鐵強(qiáng)度要強(qiáng)幾十倍，而且柔軟合身，在作業(yè)時(shí)根本無(wú)需考慮被建筑物鉤、刮、碰等，而用納米材料制成的綜合性頭盔系統(tǒng)不僅能夠滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)輕巧、強(qiáng)度大、耐高溫、耐腐蝕的要求，而且由于嵌入了微小體積的巨型計(jì)算機(jī)，則頭盔便成為高度集成且一體化的“智能單元”，能與指揮人員的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，為大型消防作業(yè)提供技術(shù)保障和安全保障。另外，在進(jìn)行特殊搶險(xiǎn)救援任務(wù)時(shí)，檢測(cè)報(bào)知手段也將由納米材料扮演重要的角色；單兵所攜帶的作業(yè)工具也會(huì)因使用納米材料結(jié)構(gòu)更加輕巧而減少體力的消耗，使得整體完成任務(wù)的能力大大提高。
　　
　　大型消防裝備和智能報(bào)警系統(tǒng)的性能更加優(yōu)良。科學(xué)家在研究中驚奇地發(fā)現(xiàn)，納米材料強(qiáng)度是鋼鐵的10倍，而重量卻只有同體積紙張的1/10。在消防車(chē)的輪胎中加入納米材料，其抗折性能提高5倍，而且耐疲勞、耐腐蝕、耐高溫、適應(yīng)火場(chǎng)上的各種惡劣環(huán)境可以讓消防車(chē)直接靠近火場(chǎng)實(shí)施撲救，減少遠(yuǎn)距離帶來(lái)的不便。將納米材料應(yīng)用在消防棒、消防膠帶、噴水持架上，重量將大幅度減輕，工作效率會(huì)明顯提高。針對(duì)高層建筑消防技術(shù)的特殊要求，使用納米材料的優(yōu)勢(shì)不僅僅體現(xiàn)在整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量輕上，更重要的是強(qiáng)度大、耐高溫、耐疲勞，用它制成特高型云梯終將成為可能。而對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)源更具有不可估量的現(xiàn)實(shí)意義，諸如用于撲救高層建筑火災(zāi)的直升機(jī)，采用復(fù)合納米材料陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅具有很強(qiáng)的韌性、可塑性、耐磨性和抗沖擊能力，而且重量減輕和功率提高均在30％以上，節(jié)約燃料50％以上，這樣會(huì)大大提高作業(yè)時(shí)間和作業(yè)能力。
　　
　　將納米技術(shù)應(yīng)用到微機(jī)電一體化系統(tǒng)的器件中研制成智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，可監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度、壓力、流率、振動(dòng)、流體污染等，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)就會(huì)適時(shí)作出預(yù)報(bào)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)可能發(fā)生的部位。如將納米技術(shù)制成特殊材料添加到電纜或各種電氣用品中，當(dāng)溫度超過(guò)某一極限值時(shí)，它們就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而大大減少可能發(fā)生的電氣火災(zāi)。此外，納米技術(shù)應(yīng)用在小型高能電源系統(tǒng)上，可從根本上減小現(xiàn)有通訊設(shè)備體積，增強(qiáng)功能，使現(xiàn)有的城市消防指揮系統(tǒng)更加現(xiàn)代化和網(wǎng)絡(luò)化，更便于實(shí)現(xiàn)區(qū)域火災(zāi)的控制和實(shí)現(xiàn)分布式集成化的指揮網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　綜上所述，納米技術(shù)是世紀(jì)之交異軍突起的一種嶄新技術(shù)，它的出現(xiàn)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然和改造自然能力的重大突破，也標(biāo)志著人類(lèi)zui終能夠按照自己的意愿操縱單個(gè)原子和分子，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀(guān)熱量的有效控制。我們有理由相信，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，它在消防領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)展現(xiàn)出更美的前景，并必將給消防裝備和發(fā)展帶來(lái)難以估量的巨大影響，為消防工作譜寫(xiě)新的篇章。