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石墨烯纤维,距离石 墨烯纺织品还有多远?

信息来源:本站 | 发布日期: 2016-11-25 | 浏览量:
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  自从2004年英国 曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖 洛夫等以石墨为原料,利用微 机械剥离法成功制得单片层石墨烯以来,具有优异电学、光学、热学和 力学性能的石墨烯材料逐渐成为众多学科领域科研人员关注的焦点。相关学者研究表明,石墨烯在超级电容器、透明导电膜、海水淡化、气体传感器、新型超 导材料和催化剂载体等方面具有良好的应用前景。

  近年来,石墨烯 逐渐成为高性能纺织纤维制备领域的研究热点,在纺织 品功能整理方面同样引起广泛关注,但是,如何以 石墨烯纤维为原料经工业化纺纱工艺纺制石墨烯纱线,并用石 墨烯纱线直接织造石墨烯纺织品仍然是一项颇具挑战性的难题。


一、石墨烯 纺织品研究现状
  所谓石墨烯纺织品,是指石 墨烯材料与普通纺织品有效结合,在保持 纺织品各项基本性能的同时,具有石 墨烯某一种或几种独特性质的纺织产品。石墨烯纺织品在导电、防辐射、防紫外、热电、特殊防 护和智能织物等领域有巨大的应用前景,如图1所示。目前,石墨烯 纺织品的制备方法主要包括直接制备法和后整理法。

  其中,直接制 备法是指不经过任何纺纱和织造工序,通过化 学或物理方法直接生成石墨烯织物的方法。比如,清华大 学朱宏伟教授课题组以金属铜网为基体,利用化学气相沉淀法,通过高温加热,使含碳 化合物前驱体在金属基体表面生成热解碳,经进一 步重新排列成核生成石墨烯,然后去 除铜网而得到具有类似经纬纱交织结构的石墨烯织物。所制备 石墨烯织物不仅^继承了 单片层石墨烯材料的各项优异性能,而且柔韧性良好、机械强度较高、织物厚度和形态可控,在触摸感应屏、超级电 容器和生物支架材料等方面应用前景广阔。但是,制备过程较为复杂,对实验设备要求较高,限制了 化学气相沉淀法制备石墨烯织物在传统纺织服装领域的应用。


  纺织品后整理,是指通过物理、化学或 生物等其他方法对纺织品进行表面处理,以改善 纺织品的固有缺陷,或者赋 予纺织品以新的特殊性能。由于操作相对简单,对实验 设备条件要求较低,后整理 法广泛应用于石墨烯功能纺织品的制备,其中,主要技 术手段有直接浸扎法、复配液整理法、交联改性法、紫外固 化法和原位聚合法等。比如,有学者 以氧化石墨烯为原料,采用传 统浸扎工艺对纯棉织物进行改性处理,得到热稳定性良好,光催化 性能和抑菌性能优异的氧化石墨烯改性纯棉织物。随后,相关研 究人员进一步对氧化石墨烯浸泡之后的织物进行还原处理,得到石墨烯改性织物,显著提 升导电性能和疏水性能。另有相 关学者分别制备得到氧化石墨烯/壳聚糖复配液、石墨烯/树脂复 配液和氨基改性氧化石墨烯复配液,该复配 液应用于纺织品功能整理时效果良好。


  目前,通过混 纺和交织制备功能纺织品的方法在纺织行业广泛应用,比如市 场上常见的弹力织物和防辐射服等,而国内 外关于石墨烯纤维经纺纱和织造制备得到石墨烯织物的研究仍鲜有报道。虽然石 墨烯纤维制备方法多样,石墨烯 纤维机械性能和功能性优良,但是,制备得 到的石墨烯纤维的可纺性较差,限制了 其在传统纺纱和织造领域的应用。


二、石墨烯 纤维材料发展展望
  目前,关于石 墨烯纤维材料的研究主要集中在石墨烯纤维的制备以及如何改善石墨烯纤维的力学性能,将石墨 烯纳米片层优异的电学、热学和 光学性能赋予宏观石墨烯纤维,而关于 石墨烯纤维可纺性的研究较少。制备得 到的石墨烯纤维虽然综合性能优异,但是,纤维可纺性较差,限制了 石墨烯纤维在民用纺织服装领域的进一步开发利用。笔者认为,以普通 纺丝原液为基体,通过添 加石墨烯分散液制备石墨烯复合纤维不仅可以有效解决高纯度石墨烯纤维可纺性差的问题,而且石 墨烯复合纤维具有优异的抗菌性能、防紫外 性能和远红外性能等,在功能 纺织品领域展示出良好的应用前景。针对目 前石墨烯复合纤维外观多为单一黑色的问题,可以开 发双层或多层织物,由2组及2组以上的经纱分别与2组及2组以上 的纬纱进行交织,在组织 结构上可以分成表层和里层2个层面或多个层面。利用各 层之间的相对独立性,开发出色彩丰富,种类多样,具有特 殊纹路效果的提花织物,如表里换层织物、接结双层织物、空气袋花纹织物、填芯凹 凸纹织物和变层数多层织物等,实现石 墨烯纺织品功能性和艺术性的^结合。

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