近些年来，纳米材料和纳米技术发展势头迅猛，由于纳米材料具有与传统晶体和非晶体材料完全不同的独特性质，使纳米材料和纳米技术在电子学、光学、化工、陶瓷加工、生物工程和医药学等领域得到应用，并相继取得重大进展。
纳米技术在消防领域的应用尚属科学实验阶段，但这项技术已展现出十分诱人的前景。有关专家认为随着纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米机械学、纳米制造学、纳米显微学及纳米测量学等新的高科技群向前推进，纳米技术正在社会生活的各方面产生巨大变革，并将对21世纪消防技术的发展产生重大影响。
1纳米材料和纳米技术
纳米粒子具有体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应，使得纳米材料具有独特的光学性能、吸附性能、催化性能、机械性能和化学活性，这是纳米材料近二十年来得到世人瞩目的根本原因。对纳米材料的研究最初是从单相金属材料开始的，到目前已发展到对合金、化合物、金属――无机载体、金属――有机载体和化合物――无机载体、化合物――有机载体等复合材料以及纳米管、纳米纤维(或棒)等的研究和制备上。随着各种形式纳米材料的发现，其制备工艺也日趋多样化，常见的有真空蒸发冷凝法、球磨法、沉淀法、溶胶――凝胶法、水热反应法和热等离子体法，近年来又相继出现了脉冲电子沉积法、电弧蒸发法、激光高温烧结法、超临界流体的迅速扩张法、超重力法、辐射法、微乳液法及模板合成法等新工艺。
纳米技术是在纳米空间(0.1――100nm)内研究电子、原子和分子运动规律及其特性，通过操纵单个原子、分子或原子团、分子团来制造具有特定功能的材料或器件。
当物质的尺寸小到1nm～100nm(10-9m～10-7m)时，由于其量子效应，物质的局域性及巨大的表面及界面效应，使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象。如把一块铜逐渐切取，当切到十几个纳米时候，它的性质完全不一样了，变成了一团没有金属光泽的黑糊糊的东西。如果你再把它压制起来形成一个纳米材料，它的强度要比一般的传统的铜高十几倍，而且可以像塑料高分子那样弯曲。同样用纳米材料做成的陶瓷既摔不碎，又特别耐高温。这样的材料称为纳米材料。纳米材料可划分为纳米粒子、纳米线、纳米薄膜(涂层)和纳米体材(包括介孔材料)。
2 纳米技术在消防工作中的应用
从已有的报导来看，纳米材料在消防中的应用主要包括五方面的内容：纳米阻燃材料(纳米阻燃剂)、纳米钢结构防火涂料、纳米灭火剂、纳米火灾报警器、纳米消防装备等。
2.1纳米阻燃剂
纳米技术在阻燃材料中的应用已初露端倪，且前景广阔。众所周知，由于聚合物材料(橡胶、塑料、纤维)的易燃性，造成了众多的火灾事故和人员伤亡，阻燃技术是针对聚合物材料而采用的一种防护措施，即阻止材料的燃烧及延缓火焰的蔓延，从而大大降低火灾的发生，或将火灾控制在一定的范围，为火灾的扑救赢得宝贵的时间。研究中发现，有些纳米材料具有阻止燃烧的功能，如果将它们作为阻燃剂添加到可燃材料中，可以改变这些可燃材料的燃烧性能，使其成为难燃烧材料。从目前已经研制出的或正在研究的项目来看，纳米技术用于阻燃剂具体有以下几个方面：
1、纳米超细粉在阻燃材料中的应用。阻燃剂在高分子材料加工过程中的重要助剂之一，如果采用纳米技术对高分子材料进行阻燃处理，可以实现难燃性和自息性。目前使用的阻燃剂大多数为无机阻燃剂，它们包括锑系阻燃剂、铝系阻燃剂、磷系阻燃剂和硼系阻燃剂等。由于这些阻燃剂添加到聚合物中，会引起聚合物的加工工艺及产品性能发生改变，特别是对模塑产品、挤型产品和薄膜产品的表面光洁度影响较大，故需要使所有添加型无机阻燃剂的粒度超细化。像目前使用最多的一种添加型阻燃剂三氧化二锑，其颗粒大小和形态对塑料制品和纺织织物的性能和阻燃效果影响非常大。粒度是三氧化二锑的重要指标，只有当三氧化二锑的粒度处于纳米量级时才会使其本身具有较大的比表面积，对织物的渗透性大，粘附力高，具有很强的耐洗牢度，阻燃效果也非常明显。
超细化的阻燃剂可以改善材料的力学性能，减少阻燃剂的用量，满足工艺要求。但由于目前使用的三氧化二锑阻燃材料均为微米级的颗粒，而且分散度大，粒子大小不均匀，这样产品只能涂覆到被保护材料的外表，大大降低了三氧化二锑的阻燃性能。
纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有了特殊的延展性能，在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。尤其重要的是由于纳米级三氧化二锑粒子直径小于化纤纤维的直径，有可能加入到化纤原料母粒中，这样纺丝后在化纤中均匀分布阻燃材料，从而使得纤维本身具有高效阻燃性。
2、阻燃纳米复合材料的应用。尽管使用超细阻燃剂能有效地提高聚合物的阻燃性能，但也存在一些问题，如不能有效控制有毒气体的释放及大量烟雾的生成，添加阻燃剂后会影响聚合物的机械性能，还会造成一定的环境影响。因此，研究并使用聚合物/层状无机物纳米复合材料将能同时满足上述要求并具有较好的阻燃性能。纳米复合材料实际上是将材料中的一个或多个以纳米尺寸或分子水平均匀分散在另一组份的基体中。据国外资料报道，由于这样处理后的材料存在超细的尺寸，所以其性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大的改善。
目前在实验室已经制备出纳米级环氧树脂、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙－6、丙烯酸等复合材料。如尼龙－6/蒙脱土(4.2％)纳米复合材料的拉伸强度比纯尼龙－6增强50％，玻璃化温度比纯尼龙－6提高约90℃；同时热释放效率也比纯尼龙－6要低得很多。
聚合物/层状无机物纳米复合材料具有比传统填充材料优异得多的力学性能、热性能、阻燃性能、各向异性等。国外已将聚合物/层状无机物纳米复合材料用于制造汽车发动机的配件，并准备应用于飞机内部材料、燃料舱、电子或电气部件、护罩内的结构部件、制动器和轮胎制造等。很显然，在不远的将来，采用纳米技术还可以研制出具有良好耐火性能的钢材、玻璃、水泥、装饰板、防火涂料等建筑材料，从而大大提高建筑结构的耐火性能。
2.2纳米钢结构防火涂料
钢结构的耐火极限只有15min，如不采取防火保护措施火灾中将在很短时间内倒塌。奥运工程采用大量钢结构建筑，这些超高、超大、应用大量钢结构的体育场馆防火性能很差，如何提高奥运会场馆消防安全水平，已经成为摆在设计、施工及消防部门面前一道共同的课题。目前采用防火涂料就是最有效的技术手段之一。纳米化学将对防火涂料的3个最重要的成分进行改性和优选，从而获得优异的钢结构防火涂料。①纳米无机－有机杂化树脂纳米级无机材料与有机分子复合形成具有共价键结合的复合树脂。复合树脂具有耐高温、粘接强度高等特点。②纳米三氧化二锑、氢氧化镁材料。经实践证实，由于具有更好的分布结构，纳米三氧化二锑、氢氧化镁作为阻燃助剂效果良好，可以大大提高阻燃性能，并能制成具有装饰性的超薄涂料。③无机纤维，制备1种具有纳米级纤维结构的无机纤维。运用特殊工艺将其制成纳米级分散体，保证其与树脂等材料的充分复合，使超薄涂料即使在燃烧后也具有高温强度。
2.3纳米灭火剂
纳米技术的精髓就是从原子分子的精确操纵出发构建具有全新分子、排列形式的人造结构。微米级的气溶胶为传统灭火剂，与之相比纳米级气溶胶有全新的性能，其灭火效能有质的飞跃，也可称其为纳米灭火剂。
目前已有一些报导：将传统的干粉灭火剂（NaHCO3、KHCO3、NH4H2PO4）)制成纳米材料。从干粉灭火剂的灭火原理来讲，灭火效率与干粉颗粒的大小有关，在纳米尺度范围的干粉其灭火性能有明显提高。采用纳米技术开发新型干粉和泡沫灭火剂，不仅提高了灭火性能，还能延长灭火剂的有效贮存期。
2.4纳米火灾探测器
制作火灾探测器是纳米材料最有前途的应用领域之一。目前火灾探测器的小型化、微型化和智能化是其主要发展方向，国内外火灾探测器研究逐步集中在开发新型敏感材料的选择性火灾探测器上。在气体探测器领域，由于纳米材料粒度小，比表面积大，结晶表面催化活性强，极有可能开发出性能优良的气敏元件，存在巨大的研究开发价值和商业前景。以往的探测器由于尺寸大，可用经典物理很好地描述，随着探测器尺寸的微小型化，量子效应越来越起支配作用。从波动理论来看，尺寸大时发挥作用的是光波；而在量子效应起支配作用的范围内，发挥作用的将是德布罗意波。利用纳米粒子的电阻随周围环境中组成气体的改变而发生变化的特性，可将纳米材料制成敏感的探测装置，对气体进行检测和定量测量，有关这方面的工作目前已有一些报道。
另外，纳米粒子便于喷涂和质量控制，易极化和转向，表现出较理想的电特性和动态特性，非常适用于瞬态信号的测量。根据不同的材料构成，用纳米材料制作的气敏元件可分为表面控制型和体控制型，以及由这两种类型构成的复合控制型。
将纳米材料应用于消防领域中的报警工作将是一个很有发展前途的方向。利用纳米粒子化学活性强、化学反应选择性好的特点，将纳米材料制作成气体探测器或离子感烟探测器，用来定量探测周围环境中有毒气体、易燃易爆气体、蒸气及烟雾的浓度，并将其与微机联网，用以预报火灾的发生并进行顶警。一方面，纳米粒子的化学活性强，使用纳米材料制作的传感器或探测器能在极短的时间内作出反应，及早发出火灾报警信号；另一方面，纳米材料的选择性远远高于普通材料，使用纳米材料制作传感器或探测器可大大提高预报的准确性，减少误报率。这样在燃烧初起或阴燃阶段就能起到很好的探测作用，达到早期预报，降低火灾损失的目的。
2.5纳米消防装备
纳米技术将使消防装备脱胎换骨，旧貌换新颜。目前，世界上较发达的国家如美国、日本、德国等国家都纷纷投入巨资研究纳米技术，这无疑为纳米材料向更高层次的功能化、超高能化、复合轻量化和智能化方向发展。对于中国消防现有的火灾报警系统，自动火灾灭火系统，特种消防车、消防灭火技术装备，消防个人防护装备、灭火器材、救生器材以及灭火剂等装备来源，随着新纳米材料的问世，这些装备将会以崭新的面貌和更为优良的性能驰骋在未来的消防最前线。
个体防护装备将实现轻量化、功能一体化。目前消防战士在执行救火任务时，使用的个体防护装备及报知系统耐热性差，穿着笨重，不能长时间作业；特别是执行紧急抢险救灾任务时自防能力水平低，且不能准确报知现场的任何情况。可以想象，在未来消防的第一线，单兵将穿着用纳米材料制成的内衣和防火服，这样的防火服不仅耐高温、隔热性能好，而且具有防毒功能；特别是选用纳米碳管材料制成的防火服，其强度要比一般的钢铁强度要强几十倍，而且柔软合身，在作业时根本无需考虑被建筑物钩、刮、碰等，而用纳米材料制成的综合性头盔系统不仅能够满足结构轻巧、强度大、耐高温、耐腐蚀的要求，而且由于嵌入了微小体积的巨型计算机，则头盔便成为高度集成且一体化的“智能单元”，能与指挥人员的技术支持系统进行实时数据传输，为大型消防作业提供技术保障和安全保障。另外，在进行特殊抢险救援任务时，检测报知手段也将由纳米材料扮演重要的角色；单兵所携带的作业工具也会因使用纳米材料结构更加轻巧而减少体力的消耗，使得整体完成任务的能力大大提高。
大型消防装备和智能报警系统的性能更加优良。科学家在研究中惊奇地发现，纳米材料强度是钢铁的10倍，而重量却只有同体积纸张的1/10。在消防车的轮胎中加入纳米材料，其抗折性能提高5倍，而且耐疲劳、耐腐蚀、耐高温、适应火场上的各种恶劣环境可以让消防车直接靠近火场实施扑救，减少远距离带来的不便。将纳米材料应用在消防棒、消防胶带、喷水枪支持架上，重量将大幅度减轻，工作效率会明显提高。针对高层建筑消防技术的特殊要求，使用纳米材料的优势不仅仅体现在整体结构构件的重量轻上，更重要的是强度大、耐高温、耐疲劳，用它制成特高型云梯终将成为可能。而对于动力系统来源更具有不可估量的现实意义，诸如用于扑救高层建筑火灾的直升机，采用复合纳米材料陶瓷发动机，不仅具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，而且重量减轻和功率提高均在30％以上，节约燃料50％以上，这样会大大提高作业时间和作业能力。
将纳米技术应用到微机电一体化系统的器件中研制成智能化火灾报警系统，可监测室内的温度、压力、流率、振动、流体污染等，当系统出现异常时就会适时作出预报，可以及时发现火灾可能发生的部位。如将纳米技术制成特殊材料添加到电缆或各种电气用品中，当温度超过某一极限值时，它们就会自动报警，从而大大减少可能发生的电气火灾。此外，纳米技术应用在小型高能电源系统上，可从根本上减小现有通讯设备体积，增强功能，使现有的城市消防指挥系统更加现代化和网络化，更便于实现区域火灾的控制和实现分布式集成化的指挥网络。
综上所述，纳米技术是世纪之交异军突起的一种崭新技术，它的出现是人类认识自然和改造自然能力的重大突破，也标志着人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观热量的有效控制。我们有理由相信，随着纳米技术的不断发展，它在消防领域的应用将会展现出更美的前景，并必将给消防装备和发展带来难以估量的巨大影响，为消防工作谱写新的篇章。
