当电路板遇火燃烧，释放的浓烟和毒气足以致命——这一困扰电子制造业数十年的难题，被江南大学团队用“金属蜂窝煤”攻克。该团队在《化学科学与工程前沿》发布新型阻燃抑烟技术，通过层层自组装工艺将壳聚糖（CS）和聚磷酸铵（APP）修饰的金属有机框架（UiO-66）植入环氧树脂，使其峰值热释放率降低25.2%，一氧化碳排放量锐减38.5%，为电子封装材料穿上“纳米防火衣”。

从“被动阻燃”到“智能装甲”：金属框架破解防火困局
传统环氧树脂（EP）作为电路板核心材料，遇火会熔融滴落并释放氰化氢等剧毒气体。研究团队受防弹衣“复合装甲”启发，采用金属有机框架（MOF）材料UiO-66作为核心载体。这种锆基材料具有类似“蜂窝煤”的多孔结构，比表面积达1000㎡/g，能吸附燃烧产生的有毒气体。通过层层自组装技术，团队在UiO-66表面交替包裹壳聚糖和聚磷酸铵，形成5层“纳米装甲”。实验显示，添加2%该材料的环氧树脂在燃烧时，残炭量从14.61%提升至17.13%，如同在材料表面形成“陶瓷护盾”，有效隔绝氧气与热量传递。

“灭火三剑客”协同作战：毒烟排放量砍掉近四成
技术突破藏在材料协同效应中。UiO-66高温分解产生的氧化锆，如同“纳米捕手”吸附烟雾颗粒；聚磷酸铵遇热生成聚磷酸，催化环氧树脂碳化成致密焦炭层；壳聚糖则像“生物胶水”，增强各组分界面结合力。锥形量热测试显示，改性环氧树脂的一氧化碳排放速率从0.026g/s降至0.016g/s，降幅达38.5%，相当于将100平方米燃烧空间的有毒气体控制在30平方米内。拉曼光谱数据证实，残炭石墨化程度提升6%，形成类似防热瓦的耐高温屏障。

极端测试揭秘：120秒耐火极限提升50%
研究设置三重“地狱级”验证：50kW/m²热辐射强度模拟电路板过载起火，持续点燃300秒。改性环氧树脂的点燃时间从57秒延至60秒，峰值热释放率从952.9kW/m²骤降至675.1kW/m²。但数据暴露短板——当添加剂超过2%时，材料抗冲击强度下降12%，如同“防弹衣过厚影响灵活性”。团队负责人解释：“需在防火性与力学性能间找到平衡点，目前最优解是2%添加量。”

成本效能双杀：生产成本仅增8%
相较于传统溴系阻燃剂，新技术避免使用致癌物质，且生产成本仅增加8%。以年产10万吨环氧树脂的工厂测算，改用新工艺后，废气处理成本可降低35%，同时满足欧盟RoHS 3.0环保标准。目前该技术已在我国某电路板龙头企业试产，产品通过UL94 V-0级防火认证，计划3年内实现航空航天级封装材料国产替代。

正如论文通讯作者郭雯雯教授所述：“当纳米材料学会‘团队作战’，塑料也能像钢铁般抵御烈火。”这项突破不仅改写电子材料安全标准，更为新能源汽车电池包、高层建筑防火涂料提供了新思路。

来源: 化学工程前沿FCSE