武汉纺织大学于志财研究团队采用“双模式协同预警”理念，利用同轴湿法纺丝技术将热电材料MXene与选择性气敏材料SnO?/MoS?集成于核壳结构的高阻燃芳纶纤维上，实现温度与 CO 气体的同步检测与火灾初期多重信号的高精度捕捉，提升了早期火灾预警的准确性和灵敏度。制备的早期火灾预警传感纤维（SMA）主要包括核壳结构。核层（温度传感）：采用二维材料MXene（Ti₃C₂T_x），凭借其优异热电效应（塞贝克系数达14.91 μV/K），可将温度差直接转化为电压信号，实现50–300°C宽范围监测。壳层（气体传感与结构保护）：SnO₂/MoS₂异质结构增强CO 吸附活性及界面电荷转移效应，Ag NWs 构建导电网络（降低电阻），ANFs 提供阻燃性（极限氧指数 33.67%）和柔韧性。CO+温度双模式传感设计可有效区分温度与气体信号，突破了传统传感器单参数检测的局限，显著提升了早期火灾预警可靠性，有望被广泛应用于消防、建筑、家居等领域，真正实现“防患于未燃，化险于无形”。

  本研究采用同轴湿法纺丝技术结合NH₄⁺交联工艺成功制备了具有典型同轴结构的SMA传感纤维。该纤维以芳纶纳米纤维为基材，通过巧妙设计实现了三大功能单元的高效集成。基于MXene优异的热电性能，SMA纤维可在50-300 ℃宽温度范围内实现线性电压响应（输出电压与温差呈稳定对应关系），精准捕捉环境异常温升；采用SnO₂/MoS₂复合材料实现对CO气体的特异性识别，其响应灵敏度达R₀/R=1.43@100ppm；通过一维Ag NWs构建高效电荷传输通道，既增强CO传感信号传导，又确保纤维整体导电稳定性。通过显微结构表征发现，芯层经NH??交联的MXene纤维形成了独特的三维空间网络结构，该结构特征通过SEM结合EDX元素分析得到进一步验证，结果显示纤维壳层中SnO₂/MoS₂复合材料的分布呈现高度均匀性。XRD分析证明，AM纤维与SMA纤维均呈现MXene特征衍射峰，证实了材料的有效复合。XPS分析揭示，SnO₂/MoS₂复合材料的引入未引起Sn 3d轨道结合能的化学位移，这表明复合过程中未形成新的化学键，从而保证了SnO₂对CO气体的本征传感特性。这种结构-性能的协同效应为开发高性能气体传感纤维提供了新的设计思路。

  本研究制备的SMA传感纤维展现出优异的阻燃特性与机械性能。垂直燃烧和LOI测试表明，SMA纤维的极限氧指数较纯ANF纤维提升了8%，SMA纤维显示出显著增强的阻燃性能。TGA热重分析进一步揭示其热稳定性提升机制：在800℃高温条件下，SMA纤维残碳量达50.39%，明显优于纯ANF纤维（38.38%）。这种增强源于材料体系的多尺度协同作用——MoS₂中的Mo元素与MXene中的C、Ti元素在热解过程中发生氧化反应，促进生成致密碳层有效阻隔热质传递。DTA差热分析定量显示，SMA纤维的峰值热释放速率较芳纶体系降低至46%，总热释放量减少约60%，证实其高效的热防护能力。阻燃机理研究揭示三重协同机制：① 层状MoS₂在芳纶基体中均匀分散，与二维MXene纳米片构建多级物理屏障网络，显著阻碍热量扩散；② MoS₂/MXene复合体系在热解过程中通过吸热消耗热能，同时生成SO₂和惰性气体稀释氧浓度；③ MXene表面丰富的C-Ti-O活性位点通过催化碳化效应，促进芳纶基体脱氢交联形成高石墨化程度的连续碳层（拉曼ID/IG=0.90）。此外，拉伸测试表明SMA纤维保持优异的力学性能，断裂强度达4.47 MPa，断裂延伸率为5.77%，满足柔性传感材料在复杂形变条件下的应用需求。

  本研究开发的SMA传感纤维展现出卓越的温度响应特性与多场景适用性。通过搭建帕尔贴控温平台进行系统化热电表征，发现纤维输出电压与温差在50~300℃范围内呈现优异线性相关性（R2=0.9941），经计算获得塞贝克系数为14.91 μV/K，优于传统热敏材料提升。经多次250℃温差循环测试，输出电压波动率小于15%，证实其出色的信号稳定性。特别值得注意的是，纤维经180°折叠处理后仍保持90%以上的初始响应灵敏度，这种柔性特征使其可适配各类异形表面，通过近场贴附策略将检测距离缩短至潜在着火点5 cm范围内，实现快速火灾预警响应。为验证实际应用潜力，设计热刺激实验。当人体手指接触时，纤维产生电信号（ΔV≈0.1 mV）；而玻璃棒热传导刺激则呈现单无明显电信号变化。这种差异化的信号表明了SMA传感纤维具有灵敏的热刺激响应。该材料体系为智能消防系统提供了新型纤维基解决方案。

  本研究开发的SMA传感纤维展现出卓越的一氧化碳检测性能与选择性识别能力。系统化气敏测试表明，该纤维对100-1000 ppm浓度范围的CO气体呈现显著浓度依赖响应特性（R2=0.9979）。较纯SnO₂体系提升约4倍，这得益于独特的异质结协同机制：SnO₂表面通过捕获环境氧分子形成O₂^-、O^-等化学吸附氧，诱导形成电子耗尽层使材料处于高阻态；MoS₂的引入与SnO₂构建p-n异质结界面，促进载流子定向迁移。当暴露于CO时，发生表面氧化还原反应（CO(gas) + O^-(ads) → CO₂(gas) + e^-），释放的电子中和耗尽层导致电阻显著下降（R₀/R=1.43@100 ppm）。循环稳定性测试显示，经多次循环测试后，响应值衰减小于10%。选择性实验证实，该纤维对CO的选择性高于氨气和甲醇、乙醇等典型VOCs气体。

  研究制备的SMA传感纤维实现了突破性的早期火灾预警效能，其综合性能指标（响应灵敏度R₀/R=1.43@100 ppm-CO，响应时间41s；温度响应时间t≤4 s，设置触发阈值1mV）。根据实验（图6a）可以得出，SMA传感纤维具有灵敏且稳定的早期火灾预警功能。进一步组装了基于SMA传感纤维的无线早期火灾报警系统，如图6f中所示，整个系统主要分为信号采集装置与信号处理装置。当环境中CO气体浓度或温度达到一定水平时，SMA传感纤维产生电信号变化，之后电信号变化被传输到无线火灾早期报警系统。当电信号变化超过报警触发阈值时，报警装置上的光报警器和蜂鸣器开始发出报警声，提醒人们发生早期火灾现象并及时采取灭火措施。此外，该无线早期火灾预警系统还可以将火灾现场CO气体的实时浓度传输给监控人员，以确定火灾现场是否适合后续消防员进入进行救援活动，从而确保消防员的生命安全。这项工作为开发可靠、灵敏的智能火灾预警传感器提供了新的策略。

  相关工作以“Dual-mode core–shell structured early fire warning sensing fiber with selective CO and temperature detection”为题发表在TOP学术期刊《Chemical Engineering Journal 》（DOI：10.1016/j.cej.2025.162586）上。同时，该工作也是课题组近期在纤维基火灾预警柔性传感器的最新进展之一，是前期研究工作ACS Nano (2022)：16, 2953-2967(高被引)、Nano-Micro Lett.(2023) 15:226 (高被引及热点)、Advanced Fiber Materials (2024) 6:1387–1401(高被引及热点)、Chemical Engineering Journal 460 (2023) 141661(高被引及热点)、Carbohydrate Polymers 334 (2024) 122040(高被引及热点)、Nano-Micro Lett.(2025) 17:214、Composites Part B: Engineering（2022）：110348等工作的延续。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162586