石墨烯在紡織領域中的應用研究

布 巖，包肖婧，荊柏華，李海亮

(1.青島市纖維紡織品檢驗研究院，山東 青島266071； 2.濰坊佳誠數碼材料有限公司，山東 濰坊 262499)

石墨烯在很多方面具備超越傳統材料的特性，擁有優異的物理、化學和生物特性，具有高強度、高模量、超薄、質輕、柔韌性好、生物相容性好、氧化還原性好、穩定性好等特點[1]，有望引發材料革命[2]。目前石墨烯制備方法主要有微機械分離法[3]、氧化石墨還原法、熱分析法、溶劑熱法、化學剝離法等，其既可應用在能源、航空航天、人工智能、生物醫藥、國防軍工等重要領域，也可面向民用領域。將石墨烯與紡織材料結合，可擴大其在民用領域中的應用范圍，尤其在高性能纖維、新型功能性紡織品、智能紡織品等高端紡織品領域應用前景廣闊。

1 在纖維方面的應用

中國作為紡織大國，科技水平日益提高，新興材料改性傳統紡織材料一直是研究熱點。石墨烯纖維(如圖1所示)是將石墨烯附著在纖維上，或者將石墨烯加入到纖維紡絲液中紡制而成。純石墨烯纖維的可紡性能很差，但通過對其他纖維整理改性，或與其他材料混合紡絲，可獲得具有優良性能的特殊纖維。如運用傳統的復合紡絲法，將石墨烯加入到纖維紡絲液中進行紡絲，可以制備出石墨烯/聚合物基復合纖維，其擁有較好的導電性、抑菌率、導熱性、防紫外線、耐熱性等性能，以石墨烯纖維為原材料制成的石墨烯面料、服飾、家紡等，具有很好的保暖、抗菌、防靜電等性能，深受市場青睞，有助于我國紡織產業的轉型升級。

圖1 石墨烯纖維棉

2 在織物方面的應用

石墨烯面料(如圖2所示)是一種用于服裝領域的新型多功能面料，其既可以通過石墨烯纖維制得，還可以通過融合、接枝、沉積、浸潤、涂覆等方法對普通織物改性得到[4]。將石墨烯運用在面料研發中，既要使面料具有石墨烯的優良性能，又要保證其具有良好的透氣性、柔軟性、可水洗等服用性能。

圖2 石墨烯面料

石墨烯有著優秀的導電性能，這也是石墨烯抗靜電的主要原因，因此其可用于西裝、西褲等高檔服裝的生產制作，此外，還可用于采礦職業服的生產制作，實現電磁屏蔽。將石墨烯材料的高強度、高模量、抗靜電、質輕等優異特性，應用到紡織機器及配件領域中，也有著非常好的前景。新冠疫情發生以來，石墨烯改性材料制作的熔噴布、紡粘布等，被用于石墨烯抑菌防護口罩的研發生產，與傳統材料制備的口罩相比，其具有高效低阻、抑菌殺毒、使用時效長等優勢。

3 在可穿戴設備方面的應用

石墨烯材料具有優良的導電性，且其便捷、強度高、柔韌可彎曲，與銀納米材料和導電聚合物相比具有成本低、性能好的優勢，并且石墨烯還可以導電油墨的形式規?；蛴≡谝挛?、紙張等不同材料上，因此非常適合用于可穿戴設備研發。石墨烯可制作厚度只有5 nm的超薄柔性屏幕(如圖3所示)，其可與高性能的可穿戴設備或智能服裝相結合，提供柔性可穿戴設備系統集成解決方案。石墨烯可制備厚度僅有0.5 mm的加熱軟膜(如圖4所示)，其發熱層可將電能轉化為熱能，同時防水、不漏電，安全性能好，以這種加熱軟膜作為發熱體的保暖服飾，可實現較為持久的保溫御寒效果[5]。

圖3 石墨烯超薄柔性屏幕

圖4 石墨烯發熱膜

4 石墨烯的生物安全性

石墨烯作為一種新興材料，仍處于開發研究階段，雖然其有許多優良特性，但石墨烯大規模應用的安全性還需要進一步研究。石墨烯具有強韌鋒利的鋸齒邊緣，對人類和動物的細胞可能存在潛在危害[6]。當前，材料安全性數據庫中有關石墨烯的數據相對不完整，學術界雖沒有關于石墨烯或氧化石墨烯致癌性的報道，即石墨烯材料為非致癌、致畸的禁限用物質，但石墨烯材料對生物體細胞、呼吸系統的影響以及材料制備過程中的可能殘留對人體的潛在影響不容忽視，因此需要花費大量的時間、精力研究石墨烯的生物安全性，以滿足不同使用場景的需求。

5 結語

目前，國外對石墨烯材料的開發，側重于儲能、超導等領域，國內則比較側重新型功能材料領域，如紡織、智能穿戴等。石墨烯的產業化應用還需不斷拓展,其生物安全性的研究也任重道遠，認證檢測方面也面臨很多挑戰，需要加強企業、科研機構與政府機構的深度合作，優化產業布局，創新檢測手段及標準方法，指導石墨烯相關企業研發生產，實現石墨烯的高效利用。