深大陈光明/梁丽荣、杭师大汤龙程 Sci. Bull.综述：热电/热电池用于火灾预警

2024-01-18 来源：高分子科技

火灾是威胁人类生命和财产安全的主要灾害之一，随着现代轻质可燃物的大规模应用，火灾安全的预警与防护更加严峻。因此，开发可靠的火灾预警系统对火灾的有效检测和监控非常重要。根据作用机理，可以将目前的火灾预警材料分为气体/烟雾传感器、热敏电阻材料、热致变色、热致形变/相变和热电材料等。其中，热电材料基于独特的热-电相互转换特性、电信号与温差之间的良好线性关系以及自供能能力等，引起极大关注。近期，深圳大学陈光明特聘教授课题组联合杭州师范大学汤龙程教授在《Science Bulletin》上发表了题为《Thermoelectrics and thermocells for fire warning applications》的综述论文，系统总结评述了热电火灾预警材料的研究现状及未来趋势。深圳大学2022级博士生丁招福为第一作者，深圳大学陈光明特聘教授、梁丽荣助理教授和杭州师范大学汤龙程教授为共同通讯作者。

该综述从火灾演变的规律出发（图1），将火灾分为四个阶段，即升温阶段、发展阶段、全盛期和衰退期，分别分析了火灾预警系统对于不同阶段火灾的预警/报警作用。然后，总结了现有基于不同机理的主要火灾预警系统（图2），包括：气体/烟雾传感器、热敏电阻材料、热致变色材料、热致形变/相变等材料，并简要介绍了其各自的预警机制和应用特点。

图1. 火灾演变的过程

图2. 目前主要的火灾预警系统类别

本文中，从热电材料的机理出发，详细介绍了三种热电转换机制（图3）：固态材料主要是温差下电子/空穴扩散浓度差产生电压的机制，称为电子（e-TE）热电，液态和凝胶态中的温差作用下离子热扩散效应产生的浓度差带来的电势差（Soret效应）称为离子热电（i-TE），而由于热、冷电极表面发生氧化-还原反应带来的电势差称为热电池（TEC），也称为热化学电池等。随后，根据材料的维度，分别详细讨论了一维、二维和三维材料的制备和器件组装技术的发展。接着，按照热电转换机制的三种机制分类，重点介绍了基于不同机理的热电火灾预警的最新进展。在本文的最后，提出了该领域目前存在的一些挑战，并对其研究前景进行了展望（图4）。

图3. 热-电转换火灾预警的机理

图4. 智能热-电转换火灾预警展望

该工作得到了国家自然科学基金（52242305）和广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515110296）的支持。

文章信息：Zhaofu Ding, Chunyu Du, Wujian Long, Cheng-Fei Cao, Lirong Liang*, Long-Cheng Tang*, Guangming Chen*. Thermoelectrics and thermocells for fire warning applications.Sci. Bull. 2023.

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.057

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（责任编辑：xu）

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