近日，内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院王喜明教授、王哲副教授团队在木质功能材料与智能防火交叉领域取得重要创新成果，相关研究论文《A multifunctional wood fiber aerogel that combines lightweight, hydrophobic, and exceptional flame-retardant properties, enabling reliable remote fire detection》发表于农林科学领域国际知名期刊《Industrial Crops & Products》。该研究以天然木材纤维素为核心原料，研发出一款兼具疏水、阻燃与隔热的木质气凝胶，成功实现灵敏、高效的火灾预警，为这类多功能防火气凝胶的合理设计、可控制备与实际工程应用提供了全新的理论依据与技术思路。硕士研究生王相凯为论文第一作者，王喜明教授、王哲副教授为通讯作者，内蒙古农业大学为第一完成单位。
火灾防控一直是公共安全领域待解决的关键技术难题。数十年来，电子式火灾探测传感器得到广泛应用，为早期火情监测与安全防控提供了重要支撑。近年来，利用氧化石墨烯纳米片构建兼具阻燃与火灾预警功能的一体化多功能气凝胶，已成为材料安全领域的研究热点。但现有体系普遍耐水性较差，易受潮湿环境影响，难以满足复杂工况下的实际应用需求。针对这一技术痛点，团队通过单向冷冻结合二元有机硅烷交联成功制备了具有各向异性结构的疏水型阻燃预警多功能复合气凝胶。
图1 气凝胶的制备过程
本研究以樟子松木粉为天然原料，制备羧甲基纤维素钠（CMC）作为水溶性高分子基体。然后加入聚磷酸铵（APP）和氧化石墨烯（GO）使气凝胶在受热时促进纤维素基体成炭，形成致密膨胀炭层，抑制燃烧与热释放，增强气凝胶在遇火焰燃烧时火灾报警能力。最后加入有机硅烷增强气凝胶氢键和共价键相互作用的交联网络，提高气凝胶的疏水性。这种智能阻燃气凝胶结构在建筑墙体、柔性阻燃防护和航天器外壳等领域显示出巨大的潜在应用前景。这项工作将为下一代多功能可持续气凝胶提供新思路。
图2 气凝胶的疏水性能
图3 气凝胶的火灾预警性能
图4 气凝胶的阻燃性能
本研究开发的疏水型多功能复合气凝胶，解决了现有体系普遍耐水性较差，易受潮湿环境影响，难以满足复杂工况下的实际应用需求。在疏水防护、阻燃隔热、火灾预警等领域具备巨大应用潜力，为高性能生物质基功能材料的设计与实际应用提供了便捷且可行的策略。研究成果得到了国家自然科学基金[32101455]、内蒙古自然科学基金[2025MS03147]、内蒙古自治区教育厅一流学科研究专项[YLXKZX-NND-059、YLXKZX-NND-011]以及内蒙古农业大学基本科研业务费[BR22-12-01]的资助和支持。
