SFCIS的组成及火灾报警、阻燃原理

近日，上海科技大学物质学院教授凌盛杰课题组以天然丝素蛋白（SF）和钙离子为原料，通过不同的合成策略，制备出一种透明、可拉伸、可自修复、高生物安全、可阻燃且导电的离子皮肤材料i-skin （SFCIS），并开发了一种在极端条件（火灾）下可以通过无线信号传递预警信息的报警系统。该研究成果近日发表于《ACS材料快报》。

SFCIS制备方法简单，可大规模应用生产。SFCIS本身具有高透明性和良好柔性，通过调控钙离子含量可以控制SFCIS在不同环境中的力学性能。高湿度环境中，SFCIS具有很好的粘附性和自愈性能，也可在不同温度和湿度下达到良好的可拉伸性质，伸长率高达1200%，匹配力学模量与生物组织模量相当，同时导电性可达1.96 毫西门子每厘米，以满足可穿戴器件的需求。

燃烧往往发生在一瞬间，为了探究燃烧过程中材料发生的化学反应过程，研究人员采用热质联用（TGA-MS）的表征手段，分析了不同反应阶段下的材料组分变化。通过对比纯丝蛋白体系和SFCIS体系的图谱可以清晰得出，钙离子加入后，SFCIS中发生了一系列阻燃过程，包括脱水过程、碳化层膨胀过程、多层屏蔽过程和自由基淬灭过程。同时，这些阻燃机制和过程可以在TGA-MS测试以及傅里叶红外（FTIR）及SEM中被定性观察和分析。

研究人员进一步探究极端条件下SFCIS离子导体的电学行为。火焰炙烧下，SFCIS的电阻值会在初始期快速下降，并维持一段较长的稳定期，期间仍然可以导电。基于这种特殊的性质，研究团队设计开发出一种可以无线传递信息的火灾报警系统。

“该研究利用简单的方法，制备出基于天然蚕丝蛋白的离子导体膜，具有良好的导电性、可调控的力学性质、自修复性和阻燃性。”凌盛杰表示，这项成果为研究这类材料燃烧机制提供了可行的方案，也为一类基于离子导体的新型人造皮肤设计提供了新的思路，对提升可穿戴设备安全性有重要的启示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.0c00062