A Bioinspired Coaxial Semiconductor Fiber for Durable Fire Warning

材料科学 极限氧指数 同轴 复合材料 纤维 弯曲 阻燃剂 极限抗拉强度 分层(地质) 降级(电信) 聚乙烯醇 半导体 光电子学 芯(光纤) 聚合物 双金属片 光降解 热稳定性 纳米颗粒 接口(物质) 尺寸 悬挂(拓扑) 弯曲半径 光纤 超短脉冲 纳米技术 聚苯胺 氧化物 流离失所(心理学) 韧性 工作(物理) 拉伸试验 硼酸
作者
Jin Yang,Fang Wang,Yong Zhang,Lin Hou,Yuan Bai,Teng Fu,Hai‐Dong Yu,Liang Zou,Cao Guan,Wei Fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202530615
摘要

ABSTRACT Existing fiber‐based fire detectors, while capable of rapid response, often suffer from limited flame retardancy and poor long‐term durability. To address these limitations, this work proposes a coaxial MXene fiber (CoaxMXeneFib) inspired by the sunflower stem. It features a polyvinyl alcohol (PVA)/Ti 3 C 2 T x MXene semiconductor core for temperature‐responsive detection, encapsulated by an outer flame‐retardant PVA sheath for protection. By strategically incorporating boric acid as a crosslinker during coaxial wet‐spinning, a gradient interface was formed, enhancing the tensile strength from 0.56 MPa (core only) to 19.9 MPa for CoaxMXeneFib while effectively delaying core oxidation (only 1.23% resistivity increase after 10 days at 80°C). Upon heating, PVA catalyzes MXene oxidation into a C/N‐TiO 2 network, enabling ultrafast fire warning (<2 s), while the generated TiO 2 promotes sheath carbonization, achieving a high limiting oxygen index (LOI) of 44.6%. The fiber demonstrates excellent stability under harsh conditions (acid, alkali, solvent, and UV‐humidity) with only minor performance degradation in alkaline environments. It also maintains stable warning functionality after 15 000 friction cycles, 1000 bending cycles, and 30 washing cycles. Integrating rapid response, high flame retardancy, mechanical robustness, and environmental durability, the CoaxMXeneFib offers a promising solution for next‐generation flexible fire‐safety systems.
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