關鍵詞：納米材料；納米干粉滅火劑；干粉滅火劑；哈龍滅火劑

    l納米材料與納米粉末滅火劑

    眾所周知，納米材料是指組成相或晶粒結構控制在100納米以下的尺寸的材料，也可以說是平均粒徑或結構尺寸在100納米以下的材料。由于材料尺寸的微細，納米材料表現出許多傳統晶體和非晶體所不具有的特殊性質，如小尺寸效應、表面效應、量子化效應、宏觀量子隧道效應等。其中，納米材料所特有的表面效應，為發展納米粉末滅火劑提供了依據。

    納米粉末滅火劑就是將傳統干粉滅火劑的固體粉末再加以微細化，使粉末尺寸達到納米級而得到的一種高效滅火劑。

    2傳統干粉滅火劑

    干粉滅火劑是一種干燥的、易于流動的微細固體粉末，由主要能夠滅火的基料(90％以上)和各種添加劑(如防潮劑、流動促進劑、防結塊劑等)組成。根據基料的不同，大體可分為以下三大類：①以碳酸鹽為基料的，如鈉鹽干粉、鉀鹽干粉；②以磷酸鹽為基料的，如磷銨干粉；③以氯化鈉、氯化鉀、氯化鋇等為基料的干粉。

    2．1干粉滅火劑的滅火機理

    在滅火過程中，干粉滅火劑既具有化學滅火劑的作用，同時又具有物理抑制劑的特點，其滅火機理簡要介紹如下：

    (1)化學抑制作用：燃燒過程是一連鎖反應過程，OH和H自由基是維持燃燒連鎖反應的關鍵自由基，它們具有很高的能量，非常活潑，而壽命卻很短，一經生成，立即引發下一步反應，生成更多的自由基，使燃燒過程得以延續且不斷擴大。干粉滅火劑的滅火組分是燃燒的非活性物質，當把干粉滅火劑加入到燃燒區與火焰混合后，干粉粉末M與火焰中的自由基接觸時，自由基被瞬時吸附在粉末表面，并發生如下反應：

    M(粉末)+OH(自由基)→MOH

    MOH+H(自由基)→M+H₂O

    通過上述反應，借助粉末的作用，消耗了燃燒反應中的自由基OH和H。但大量的粉末以霧狀形式噴向火焰時，火焰中的自由基被大量吸附和轉化，使自由基數量急劇減少，致使燃燒的鏈反應中斷，最終使火焰熄滅。

    (2)隔離作用：噴出的固體粉末覆蓋在燃燒物表面，構成阻礙燃燒的隔離層。特別當粉末覆蓋達到一定厚度時，還可以起到防止復燃的作用。

    (3)冷卻與窒息作用：粉末在高溫下會放出結晶水或發生分解，這些都屬于吸熱反應，而分解生成的不活潑氣體又可稀釋燃燒區域的氧氣濃度，從而起到冷卻與窒息作用。

    2．2干粉滅火劑現狀

    干粉滅火劑具有滅火效率高、速度快、干粉基料來源廣泛、價格低廉、對人畜無毒或低毒、對環境影。向小、適應范圍廣等優點，在當今滅火劑領域占有相當重要的地位。但目前使用的干粉滅火劑粉末顆粒通常在10～75微米之間，這種粒子彌散性相對較差，比表面積也相對較低，因而定量的粉體所具有的總比表面積較小，單個粒子的質量較大，沉淀速度較快，且粒子受熱分解的速率較慢，導致其捕獲自由基或活性基團的能力有限，其滅火能力也就十分有限，進而限制了干粉滅火劑的使用范圍。

    顯然，干粉滅火劑的粉體粒度直接影響其滅火效果。因此，制備能在燃燒空間均勻分散且具有強表面吸附活性的粉體是提高干粉滅火劑效果的一種有效途徑，也是干粉滅火劑的一個必然發展方向，而納米粉末滅火劑正滿足了這一要求。

    3納米粉末滅火劑的可行性及應用前景

    3．1納米粒子的表面效應

    眾所周知，納米顆粒由于其尺寸的微細化而具有表面效應。表面效應就是指納米微粒的表面原子與總原子之比隨著納米顆粒尺寸的減小而大幅度增加。假設納米微粒為球形，其分子間距為0.3納米，表面電子僅占一層，則表面原子所占的百分數如表1：

    表1粒子的大小與表面原子數的關系

    由表可見，對直徑大于100納米的顆粒，表面效應可忽略不計。當直徑小于10納米時，一方面其表面原子數激增，而納米微粒的表面原子所處的晶體場環境及結合能與內部原子不同，存在許多懸空鍵，并具有不飽和性質，因而極易與其它原子結合而趨于穩定，所以具有很高的化學活性；另一方面，納米微粒的比表面積和表面能也得以大大提高。

    當把傳統干粉滅火劑制成納米粉末滅火劑，在滅火過程中，粉末與火焰接觸面積就會大大增加，粉末對自由基的吸附能力和選擇性能也將大大提高，從而大大提高了滅火效率。

    3．2納米粉末滅火劑發展中存在的問題及其解決方法

    雖然納米粉末滅火劑性能優異，具有極好的應用前景，但在大規模生產與實際應用中還存在一些問題，限制了納米粉末滅火劑的推廣與應用。這些問題主要有：

    (1)制備工藝復雜：傳統物理粉碎技術制得的粉末粒徑尺寸最小可達微米級，但對于納米顆粒，它就無能為力了。而其它一些納米材料制備方法，如物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、溶膠——凝膠法等，制備工藝過程過于復雜，難以實現大規模生產。但經廣大科技工作者的不懈努力，其它制備納米材料的方法又被發現了，其中氣流粉碎和噴霧干燥技術的出現為實現納米粉末生產的規模化提供了可能，也為納米粉末滅火劑的發展提供了強有力的技術保障。

    (2)納米粒子的不穩定性：Belloni曾指出，4個原子以上的銀原子簇具有抓取電子的能力從而長大為銀顆粒，而4個銀原子以下的團簇則具有給電子的性質，自身被氧化為更小團簇。這就是說，當顆粒變小，尤其是達到納米量級時，顆粒已不再是一個惰性體，而是一個能供給電子和抓取電子的物體，是一個化學活性物質。由于納米微粒結構上的特點，其表面很復雜，嚴重的表面原子缺乏，因此其化學活性很高；又由于納米微粒巨大的表面能，使納米微粒極易聚合，形成軟團聚或硬團聚。納米粉體的高的化學活性和表面能嚴重地影響了納米粉末滅火劑在貯存、使用過程中的穩定性、分散性和流動性，因而也限制了納米粉末滅火劑的發展。

但這一問題可通過粉體表面改性處理而得到解決。納米粉體表面改性就是針對納米粒子的不穩定性實施的，通過對其表面進行物理或化學改性，可獲得穩定、單分散且具有良好分散性的納米粒子。

    (3)生產成本高：目前，由于納米粉體制備工藝較為特殊、復雜，制得的納米顆粒還需進行表面改性處理，因此納米粉末滅火劑的生產成本大大高于普通干粉滅火劑，這也是限制納米粉末滅火劑發展的一個原因。

    4納米粉末滅火劑的應用前景

    哈龍滅火劑是一種性能極好的滅火劑，但它也是造成大氣臭氧層嚴重破壞的罪魁禍首之一。早在1987年，43國簽訂《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》時首批就對哈龍滅火劑提出了控制時間表；1997年9月蒙特利爾締約方會議又對淘汰哈龍滅火劑的時間進行了修改和調整。

    表2淘汰哈龍時間表

    目前，在世界范圍內掀起了淘汰哈龍滅火劑的環保運動。我國計劃在2005年全面淘汰哈龍1211，2010年淘汰哈龍1301。因此，開發能夠完全替代哈龍滅火劑的新型滅火劑，就成了國際消防科技領域最熱門的研究課題之一，但縱觀目前國內外的研究現狀，短期內還很難找到一種能夠為人們完全接受的哈龍替代品，而納米粉末滅火劑以其優異的性能，在眾多哈龍替代品中具有很強的競爭優勢。

    5結語

    納米粉末滅火劑給傳統滅火劑行業帶來了新的機遇與挑戰，相信在科技工作者的努力下，納米粉末滅火劑必將以其優異的性能在眾多滅火劑中成為一顆耀眼的新星!