石墨烯在纺织领域中的应用研究

布 岩，包肖婧，荆柏华，李海亮

(1.青岛市纤维纺织品检验研究院，山东 青岛266071； 2.潍坊佳诚数码材料有限公司，山东 潍坊 262499)

石墨烯在很多方面具备超越传统材料的特性，拥有优异的物理、化学和生物特性，具有高强度、高模量、超薄、质轻、柔韧性好、生物相容性好、氧化还原性好、稳定性好等特点[1]，有望引发材料革命[2]。目前石墨烯制备方法主要有微机械分离法[3]、氧化石墨还原法、热分析法、溶剂热法、化学剥离法等，其既可应用在能源、航空航天、人工智能、生物医药、国防军工等重要领域，也可面向民用领域。将石墨烯与纺织材料结合，可扩大其在民用领域中的应用范围，尤其在高性能纤维、新型功能性纺织品、智能纺织品等高端纺织品领域应用前景广阔。

1 在纤维方面的应用

中国作为纺织大国，科技水平日益提高，新兴材料改性传统纺织材料一直是研究热点。石墨烯纤维(如图1所示)是将石墨烯附着在纤维上，或者将石墨烯加入到纤维纺丝液中纺制而成。纯石墨烯纤维的可纺性能很差，但通过对其他纤维整理改性，或与其他材料混合纺丝，可获得具有优良性能的特殊纤维。如运用传统的复合纺丝法，将石墨烯加入到纤维纺丝液中进行纺丝，可以制备出石墨烯/聚合物基复合纤维，其拥有较好的导电性、抑菌率、导热性、防紫外线、耐热性等性能，以石墨烯纤维为原材料制成的石墨烯面料、服饰、家纺等，具有很好的保暖、抗菌、防静电等性能，深受市场青睐，有助于我国纺织产业的转型升级。

图1 石墨烯纤维棉

2 在织物方面的应用

石墨烯面料(如图2所示)是一种用于服装领域的新型多功能面料，其既可以通过石墨烯纤维制得，还可以通过融合、接枝、沉积、浸润、涂覆等方法对普通织物改性得到[4]。将石墨烯运用在面料研发中，既要使面料具有石墨烯的优良性能，又要保证其具有良好的透气性、柔软性、可水洗等服用性能。

图2 石墨烯面料

石墨烯有着优秀的导电性能，这也是石墨烯抗静电的主要原因，因此其可用于西装、西裤等高档服装的生产制作，此外，还可用于采矿职业服的生产制作，实现电磁屏蔽。将石墨烯材料的高强度、高模量、抗静电、质轻等优异特性，应用到纺织机器及配件领域中，也有着非常好的前景。新冠疫情发生以来，石墨烯改性材料制作的熔喷布、纺粘布等，被用于石墨烯抑菌防护口罩的研发生产，与传统材料制备的口罩相比，其具有高效低阻、抑菌杀毒、使用时效长等优势。

3 在可穿戴设备方面的应用

石墨烯材料具有优良的导电性，且其便捷、强度高、柔韧可弯曲，与银纳米材料和导电聚合物相比具有成本低、性能好的优势，并且石墨烯还可以导电油墨的形式规模化打印在衣物、纸张等不同材料上，因此非常适合用于可穿戴设备研发。石墨烯可制作厚度只有5 nm的超薄柔性屏幕(如图3所示)，其可与高性能的可穿戴设备或智能服装相结合，提供柔性可穿戴设备系统集成解决方案。石墨烯可制备厚度仅有0.5 mm的加热软膜(如图4所示)，其发热层可将电能转化为热能，同时防水、不漏电，安全性能好，以这种加热软膜作为发热体的保暖服饰，可实现较为持久的保温御寒效果[5]。

图3 石墨烯超薄柔性屏幕

图4 石墨烯发热膜

4 石墨烯的生物安全性

石墨烯作为一种新兴材料，仍处于开发研究阶段，虽然其有许多优良特性，但石墨烯大规模应用的安全性还需要进一步研究。石墨烯具有强韧锋利的锯齿边缘，对人类和动物的细胞可能存在潜在危害[6]。当前，材料安全性数据库中有关石墨烯的数据相对不完整，学术界虽没有关于石墨烯或氧化石墨烯致癌性的报道，即石墨烯材料为非致癌、致畸的禁限用物质，但石墨烯材料对生物体细胞、呼吸系统的影响以及材料制备过程中的可能残留对人体的潜在影响不容忽视，因此需要花费大量的时间、精力研究石墨烯的生物安全性，以满足不同使用场景的需求。

5 结语

目前，国外对石墨烯材料的开发，侧重于储能、超导等领域，国内则比较侧重新型功能材料领域，如纺织、智能穿戴等。石墨烯的产业化应用还需不断拓展,其生物安全性的研究也任重道远，认证检测方面也面临很多挑战，需要加强企业、科研机构与政府机构的深度合作，优化产业布局，创新检测手段及标准方法，指导石墨烯相关企业研发生产，实现石墨烯的高效利用。