导读：

近期，中国科学技术大学黄芳胜研究员、朱志强副教授等人利用微流体流动聚焦技术，实现了对全氟己酮的高效微胶囊化，制备出热触发灭火微胶囊（FEMs），并将其拓展为二维灭火贴片（FEPs），为解决小密闭空间火灾扑救难题提供了新方案。相关研究以“Enhancing safety in small confined spaces with thermally triggered fire-extinguishing microcapsules from microfluidics”为题目，发表在期刊《Lab on a Chip》上。

本文要点：

1、针对狭小密闭空间（如航天器、锂电池箱）火灾扑救难、燃烧快、隐蔽性强等问题，本研究开发了一种基于微流控流动聚焦技术的热触发灭火微胶囊（FEMs）。

2、通过调控三相流体流速（内相：全氟己酮；外相：阻燃光固化树脂；聚焦相：PVA水溶液），实现了全氟己酮的高效包封（包封率67%），并精确控制微胶囊尺寸（321–539 μm）与壳层厚度。

3、该微胶囊在110℃触发时，0.2 ms内可高速喷射灭火剂，喷射范围达自身体积数十倍，单个微胶囊即可扑灭远大于其尺寸的蜡烛火焰。

4、进一步扩展的二维灭火贴片（FEPs）在插座火灾实验中成功抑制火势蔓延，验证了其在密闭空间火灾防控中的应用潜力。

热触发灭火微胶囊（FEMs）的灭火原理基于热响应爆破与灭火剂的双重作用，具体如下：

• 当外界温度异常升高至设定的引爆温度（约110°C）时，微胶囊内核的全氟己酮因受热发生汽化，体积急剧膨胀导致内部压力骤增，最终冲破囊壁并高速喷射出灭火剂。

• 喷出的全氟己酮通过两种机制实现灭火：一是物理冷却，利用其汽化吸热降低火焰温度；二是化学抑制，干扰火焰燃烧的化学反应链，阻断燃烧进程。两种作用结合，能快速高效地扑灭火灾，且单颗微胶囊的喷射范围可达自身体积的数十倍，仅需一颗即可熄灭远超其尺寸的火焰。

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图1（a）：采用同轴流动聚焦法制备全氟己酮灭火微胶囊（FEMs）的实验系统示意图。该系统包含喷嘴、高精度注射泵、照明设备和紫外灯等多个组件。（b）：同轴流动聚焦喷嘴示意图。这种喷嘴能确保流体在指定位置汇聚，使生成的FEMs形成结构清晰的核-壳结构。（c）：用于提升电器插座安全性的热触发灭火贴片（FEPs）示意图。在插座设计中融入热触发FEPs后，它可作为保护层，防止温度进一步升高，降低潜在风险。

图2：在不同三相流体流量（内相为全氟己酮、外相为光固化树脂、聚焦相为聚乙烯醇水溶液）条件下，通过同轴流动聚焦法制备的全氟己酮FEMs在直径（a,b）和厚度（c）上的形态差异。（d）：上述流量组合下微胶囊尺寸的统计数据。（i）：α值分别为3.679、3.315、3.360；（ii）：α=3.467；（iii）：内相流量与外相流量之和为60mL/h，聚焦相流量为1200mL/h。（e）：全氟己酮FEMs的扫描电镜图像。（f）：全氟己酮FEMs的热重分析图。（a）-（c）的比例尺：600μm。

图3（a）：采用高速成像观测系统捕捉并分析热触发条件下FEMs的爆炸过程。该系统利用先进成像技术记录爆炸反应中快速且短暂的事件。（b）：热触发下FEMs爆炸的即时高速摄影图像，为其快速动态反应提供了宝贵见解。比例尺：200μm。

图4：从（a）到（d），随着粘合剂厚度增加，FEMs爆炸过程的变化对比。通过系统地改变厚度并进行详细观测和测量，本研究旨在探究粘合剂厚度与FEMs爆炸特性之间的关系。比例尺：500μm。

图5：利用FEMs扑灭蜡烛火焰过程的即时高速摄影图像。整个过程包括微胶囊破裂、全氟己酮喷射、火焰熄灭及烟雾产生。比例尺：500μm。

图6：灭火贴片（FEP）的制备与应用全过程。（a）：FEP的制备流程，包含多个阶段以获得目标材料。（b）：制成的FEMs和FEPs。通过对微胶囊外壳进行染色，可制备出多种颜色的FEMs和FEPs。（c）：电器插座中灭火贴片的对比研究。对未贴灭火贴片的插座A和贴有灭火贴片的插座B同时放置点燃的酒精棉模拟火灾场景。结果显示两者差异显著，以此评估FEPs在电器插座场景中的灭火效果。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D3LC00911D