從遠古時代到今天，木材一直被用來建造橋梁、房屋、塔樓和家具等結構。與鋼鐵、混凝土和其他建筑材料的制造工藝相比，木材加工不僅減少了能源消耗，而且由于其綠色環保特性而對碳足跡產生了積極的貢獻。盡管具有這些特性，但由于其高火災風險，木材在現代建筑行業仍面臨挑戰。隨著現代社會對滅火系統的改進，快速**的滅火能力得到了大大提高，著火溫度的升高和結構材料的延遲時間成為進一步改善現代建筑消防安全問題的一個有希望的方向。盡管大多數先前的研究主要集中在降低木材在燃燒過程中的放熱率（HRR），但很少有**的方法來幫助延遲木材著火的報道。

阻燃劑通過化學反應或充當物理屏障，在著火，熱解或火焰蔓延期間干擾燃燒過程。在木材中添加阻燃劑可以提高材料的耐火性，而不會犧牲木質材料的內在優勢。盡管鹵素和磷有機阻燃劑可以**降低HRR并提高木材的耐火性，但是有毒鹵素產品引起的環境風險仍然存在問題。相反，無機阻燃劑更綠色，更適合可持續應用。大多數無機阻燃劑均具有出色的阻氣功能，包括粘土，粘土納米紙，二氧化硅，二氧化鈦，碳酸鈣和鎂鋁氫氧化物。它們通過使表面絕緣并延遲木材的熱分解來降低木材的HRR。然而，由于其各向同性的絕熱行為在火附近產生集中的熱通量，傳統的無機阻燃劑通常在改善點火性能方面效果有限。理想地，用于防火木材的無機阻燃劑應在涂層的平面內具有較高的導熱性，而在垂直于該平面的方向上具有較低的導熱性，從而降低木材的峰值溫度，從而提高點火性能。

美國馬里蘭大學胡良兵教授提出了一種簡單而可擴展的方法，通過將致密化處理與厚度為30 μm的納米層狀六方氮化硼（h-BN）涂層相結合來形成木材，從而形成所謂的BN致密化木材，從而提高了木材的耐火性。致密化已被證明可**地增強木材的阻燃性能，因為它在暴露于火焰時會自動形成木炭層，從而起到**的隔熱和隔氧作用。此外，與其他無機阻燃納米材料不同，已知2D h-BN片材可形成具有各向異性熱性能的層狀結構，并顯示出良好的尺寸穩定性，理想的耐腐蝕性和抗氧化性能，在防火方面具有吸引力不僅可以降低HRR，還可以增強點火性能。如文獻報道，h-BN在平面內和貫通平面方向上的熱導率分別為390和2 W/m/K。得益于h-BN的各向異性導熱性，BN致密化的木材可以**地將傳入的熱量沿著木材表面傳遞，并承受垂直方向的熱傳導。同時，納米層狀h-BN涂層可作為氧氣和揮發物的物理屏障，從而減緩放熱反應。結果，大大降低了BN致密木材的燃燒速度。此外，涂覆方法簡單且可擴展，可以為長度大于25厘米，寬度大于15厘米的BN致密木材創建三明治結構。與文獻中報道的其他阻燃木質材料相比，BN致密化木材顯示出很長的點火延遲時間和更高的拉伸強度之一。阻燃的BN致密木材滿足大規模生產，高機械性能和良好的防火安全性的要求。該成果以“Fire-Resistant Structural Material Enabled by an Anisotropic Thermally Conductive Hexagonal Boron Nitride Coating”為題發表在國際**期刊Adv. Funct. Mater.上。

在這個工作中，作者通過一種簡單而**的涂覆方法展示了一種超強且耐火的BN致密木材。h-BN涂層是均勻的，并且水平堆疊在7毫米厚的致密木材的表面上，從而為**氧氣擴散和暴露于熱時釋放的可燃揮發物提供了**的保護屏障。得益于h-BN的各向異性熱導率，BN致密化木材在平面內方向上顯示出出色的熱擴散率，并且在平面內方向上顯示出**的熱阻擋。與未涂布的致密木相比，BN致密木的著火溫度（T_ig）提高了41^oC，著火延遲時間（t_ig）增長了兩倍，更大HRR降低了25％，表明總體上有所改善的耐火性。同時，BN致密化木材還顯示出**的機械性能，高達471.5 MPa的高抗拉強度和362 Mpa·cm³/g的特殊抗拉強度，表明了這些傳統結構材料的超強輕質替代品。這項工作表明，各向異性導熱h-BN阻燃涂料不僅增強了木材的耐火性，而且還保持了致密化賦予材料的高強度，代表了開發可滿足要求的高性能結構材料的有希望的方向。

文獻鏈接：

Fire-Resistant Structural Material Enabled by an Anisotropic Thermally Conductive Hexagonal Boron Nitride Coating. Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201909196.