在工业安全领域，设备过热是引发火灾、爆炸等事故的核心隐患。当前主流可逆热致变色纤维（RTFs）因变色温度阈值低（多低于100°C）和热稳定性差，难以满足新能源设备、电子元件等中高温场景（120～180°C）的实时温度可视化预警需求。尤其如锂电池热失控前，若能在温度突破临界点时发出视觉警报，将极大提升事故预防能力。因此，开发兼具高温稳定性与显著变色性能的RTFs成为工业安全生产的迫切需求。

近期，苏州大学李战雄教授团队创新性地提出基于TiO?@AgI复合材料的可逆热致变色有机硅纤维（TSIF）。该材料通过高温空气诱导交联技术，将具有光稳定性的TiO?@AgI纳米复合物均匀分散于三元有机硅纺丝液中制备而成。其中最优样品TiO?@AgI?·?@SiF-2在135.4°C条件下实现显著的白-亮黄色变（色差ΔE=25.72），经历170次热循环后仍保持变色性能，拉伸强度达9.89～11.33 MPa，且经500次拉伸无衰减。其优异的生物相容性、抗菌性及耐酸碱性，为中高温设备预警提供了全新的解决方案。

团队首创高温空气诱导交联法制备TSIF（图1a）。以含苯环的苯基乙烯基硅油（End-?PMPS?）为主体，添加15%侧链乙烯基硅油（Side-?PMPS?）优化交联网络，使拉伸强度提升10倍。铂催化剂在高温下激活硅氢加成反应，221°C喷丝孔道中瞬时固化成型（图1b）。所得纤维直径均匀（300±14 μm），热稳定性卓越：初始分解温度超400°C，5%质量损失点达421.27°C（图1c）。红外光谱证实Si-CH=CH?特征峰消失，表明交联结构形成（图1d）。纤维可制成织物，在150°C环境下织物表面的“SZDX”字样由白变黄（图1f），为智能纺织品的开发提供了新思路。

图1. a) TSIF制备原理及查克-哈罗德理论； b) 自然光下TSIF的图像与直径； c) SiF、AgI@SiF和TSIF的热重（TG）与微分热重（DTG）曲线； d) SiF、AgI@SiF和TSIF的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）； e) TSIF的元素分布图； f) TSIF缝制在织物上的图案在常温与中高温下的对比。

TiO?@AgI复合物是纤维实现变色的核心材料（图2a-b）。原位XRD测试结果显示：在120～140°C温度范围内，AgI发生β→α相变（图2d-e），引发带隙从2.88 eV降至2.72 eV（图2h），材料从反射可见光（白色）转为选择性吸收蓝紫光（黄色）。TiO?的引入带来两大优势：一是纳米尺寸效应与界面作用显著降低相变温度（纯AgI相变焓6.27 kJ·mol?? → 复合物0.64 kJ·mol??，图2j）；二是形成异质结抑制AgI光分解（图2k）。纯AgI纺丝液光照15分钟即变黑，而复合物溶液保持稳定，解决了银盐类材料的光敏感缺陷。

图2. a) AgI、TiO?和TiO?@AgI?·?的紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）； b) TiO?@AgI?·?的X射线衍射（XRD）图谱； d,e) TiO?@AgI?·?在不同温度下的原位XRD图谱； f) 纯AgI与TiO?@AgI?·?的差示扫描量热（DSC）曲线； g) 变色机制示意图； h) TiO?@AgI?·?在不同温度下的Tauc曲线； i) TiO?@AgI?·?的晶格间距与选区电子衍射（SAED）图； j) TiO?@AgI?·?与AgI的相变焓（ΔH）； k) 纯AgI与TiO?@AgI?·?纺丝液的稳定性及AgI@SiF的变色情况。

TSIF兼具柔韧性与高强度（图3a-e）：可打结、编织（疏水角138°），单纤维轻松提拉100 g砝码。正交实验优化TiO?@AgI粒径分布（图3g-h），确定球磨速度为关键因素。添加2 wt% TiO?@AgI?·?时，颗粒均匀分散于交联网络之中（图3f），拉伸强度达0.92 cN·tex??（图3i-j）；TiO?@AgI?·?浓度增至4.5 wt%则出现团聚，强度下降（图3l）。循环拉伸测试显示，500次100%伸长后纤维强度保持率为94.55%（图3k），远超已报道的PDMS基纤维。

图3. a) TSIF可打结、轻质、易缠绕且低密度； b) TSIF的良好延展性； c) TSIF的可编织性及TSIF织物的疏水性测试； d) TSIF的负载能力； e) TSIF与碳纤维的导电性对比； f) TSIF内部结构简图； g) 正交试验中TiO?@AgI?·?@SiF-2的拉伸强度； h) 试验3条件下TiO?@AgI?·?的粒径分布； i) TiO?@AgI?·?添加量对纤维强度的影响； j) TiO?@AgI?·?@SiF-2的应力-应变曲线； k) TiO?@AgI?·?@SiF-2的循环拉伸测试； l) TiO?@AgI?·?@SiF-2与TiO?@AgI?·?@SiF-4.5断裂截面对比。

TiO?@AgI?·?@SiF-2在20～150°C的温度范围内呈现出最优的变色性能（ΔE=25.72，图4a-b），其热导率达0.2054 W/（m·K），在170°C热台上于21秒内完成白→黄转变（图4c），170次冷热循环后仍保持变色能力（ΔE=15.56，图4d-f），循环后期出现粉色调偏移（图4e），源于Ag纳米粒子表面等离子共振效应（图4g），但未影响纤维的核心预警功能。材料对135～136°C阈值响应误差小于1°C（图4h），可精准定位异常热源。

图4. a,b) TiO?@AgI?·?添加量对纤维色差（ΔE）的影响； c) TiO?@AgI?·?@SiF-2的快速变色特性； d,e) TiO?@AgI?·?@SiF-2的循环变色性能及宏观颜色对比； f) TiO?@AgI?·?@SiF-2在10次与170次循环后的ΔE对比； g) Ag纳米粒子表面等离子体共振（SPR）示意图； h) TiO?@AgI?·?@SiF-2的变色灵敏度测试结果。

TSIF对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率达99.99%（图5a-b），细胞毒性实验证实生物安全性（图5c-d）。在200°C高温或酸/碱浸泡24小时后，机械性能保持98%（图5e）；馄厣15天颜色稳定（图5g），8天UV老化处理后仍具变色性，但效果减弱（图5f）。模拟实验显示（图5h），该材料在设备温度超过阈值时即时变黄，性能远超商用热致变色聚酯（图5i）——后者260°C熔化且耐化学稳定性差。

图5. a) 不同浓度梯度的金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）与TiO?@AgI?·?@SiF-2作用前后的菌落平板； b) TiO?@AgI?·?@SiF-2的抗菌机制示意图； c) L929细胞存活率； d) L929细胞与不同浓度TiO?@AgI?·?@SiF-2提取液共培养12小时后的照片； e) TiO?@AgI?·?@SiF-2在不同温度下的机械性能； f) 不同紫外线辐照时长下TiO?@AgI?·?@SiF-2的K/S值与CIE白度； g) 不同紫外线辐照时长下TiO?@AgI?·?@SiF-2的热致变色性能及户外存放15天后的变化； h) TiO?@AgI?·?@SiF-2的模拟应用场景测试； i) TiO?@AgI?·?@SiF-2与商用热致变色聚酯的各项性能对比。

这项研究突破了传统热致变色纤维的温度与稳定性瓶颈，首创的TiO?@AgI?·?@SiF-2纤维在135°C触发显著可视化警报，耐170次热循环、500次机械拉伸及严苛环境考验。其优异的综合性能为锂电池、电力设备等中高温场景提供了可靠的“温度视觉哨兵”，有望显著提升工业安全防护水平。未来通过优化抗紫外线稳定性，将进一步拓展其在户外监测设备中的应用前景。

来源：纺织导报