紡織是個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可在這傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)里也有新花樣、新技術(shù)，只要下大力氣傳統(tǒng)就不再“傳統(tǒng)”。為迎合消費(fèi)者對(duì)服裝需求的改變，專業(yè)人士正在通過創(chuàng)新與融合新技術(shù)來達(dá)到甚至超過消費(fèi)者期望。
石墨烯是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，強(qiáng)度比鋼材高200倍，同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。
作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，有科學(xué)家預(yù)言石墨烯極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命，將“徹底改變21世紀(jì)”。
2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、英國皇家科學(xué)院院士、英國國家石墨烯研究院首席科學(xué)家、英國曼徹斯特大學(xué)榮譽(yù)教授、新加坡國立大學(xué)教授Konstantin Novoselov發(fā)表了題為《石墨烯在智能紡織品中的應(yīng)用》的演講，基于其多年來對(duì)石墨烯的研究成果與經(jīng)驗(yàn)，介紹了石墨烯的性能特點(diǎn)、制備方法及智能紡織品中的應(yīng)用實(shí)例。
什么是石墨烯？聚焦石墨烯的性能特點(diǎn)及制備方法
石墨烯的結(jié)構(gòu)是碳原子緊密堆積而成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)（圖1），雖然結(jié)構(gòu)簡單，但卻擁有諸多優(yōu)點(diǎn)。它是目前最薄的材料之一，具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、優(yōu)異的柔性強(qiáng)度……石墨烯集合了上述所有優(yōu)點(diǎn)于一體。
石墨烯的相關(guān)性能使其具有前景廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，例如復(fù)合材料、薄膜、柔性電子、能源、生物應(yīng)用等，其中很多相關(guān)應(yīng)用均已面市。
圖 1 石墨烯的結(jié)構(gòu)
關(guān)于石墨烯的制備方法，最初的研究方式是對(duì)石墨采取機(jī)械剝離法，但這種方式并不具有可持續(xù)性，而且從石墨中提取的石墨烯可控性較差。
石墨烯在智能紡織品上的應(yīng)用
Konstantin Novoselov研究團(tuán)隊(duì)加大了石墨烯相關(guān)領(lǐng)域的研究力度，并將相關(guān)研究成果應(yīng)用在智能紡織品或個(gè)人防護(hù)裝備上。
石墨烯可應(yīng)用于打印RFID標(biāo)簽以及紡織品上，其具有多種存在形式，如石墨烯粉末、石墨烯懸浮液或石墨烯導(dǎo)電漿料等，用來制作各種各樣的電子配件。應(yīng)用于可打印的RFID標(biāo)簽時(shí)，通過采用石墨烯導(dǎo)電漿料打印出的H型標(biāo)簽或UH型標(biāo)簽均有不俗表現(xiàn)，但很難使用其他二維材料打印出這種類型的標(biāo)簽（圖2）。
圖 2 可打印的RFID標(biāo)簽
為什么選擇石墨烯？
其原因主要有以下幾點(diǎn)：
（1）石墨烯導(dǎo)電漿料可以直接印刷在紙張上，無需其他操作；
（2）技術(shù)具有生態(tài)環(huán)保性；
（3）該材料具有良好的柔韌性；
（4）最重要的是可打印技術(shù)具有靈活可變性，減少了傳統(tǒng)鋁蝕刻所造成的浪費(fèi)；使材料成本和技術(shù)成本最小化。
基于此，已經(jīng)有企業(yè)開始生產(chǎn)綠色環(huán)保的石墨烯RFID標(biāo)簽（圖3）。不需要使用太多設(shè)備，不會(huì)產(chǎn)生過多材料浪費(fèi)，只需要使用很少量的石墨烯導(dǎo)電漿料，再次彰顯了該項(xiàng)技術(shù)的價(jià)格合理性以及生態(tài)友好性。
圖 3 企業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保的石墨烯RFID標(biāo)簽
除此之外，還有許多其他的應(yīng)用可能性，RFID應(yīng)用中需要在電子標(biāo)簽中集成傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電傳感器、壓力傳感器、磁感應(yīng)傳感器等；并且可嘗試使用改性傳感器，集成不同的信號(hào)，傳導(dǎo)不同的結(jié)果。
例如采用了石墨烯改性紗線制成面料，使其可以感知溫度。石墨烯材料具有穩(wěn)定性，可用于成衣使用或可穿戴服裝中。
Konstantin Novoselov研究團(tuán)隊(duì)做了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，將吹風(fēng)機(jī)置于石墨烯RFID標(biāo)簽的上方使其升溫，雖然沒有和電腦相連，僅僅放在電腦旁邊就可以將相關(guān)溫度信息傳輸?shù)诫娔X上（圖 4）；將手指放在標(biāo)簽上面，可以良好地感知到溫度的升降；說明了石墨烯RFID標(biāo)簽優(yōu)良的傳感性能。
圖 4 將吹風(fēng)機(jī)置于石墨烯RFID標(biāo)簽的上方使其升溫
石墨烯與紡織品還可以如何結(jié)合應(yīng)用？
一般有兩種結(jié)合應(yīng)用方式：
（1）可采用還原氧化石墨烯溶液對(duì)纖維進(jìn)行改性浸涂處理，烘干后可得到石墨烯改性纖維；對(duì)紗線進(jìn)行石墨烯涂層處理后，獲得的功能性紗線可用于傳感器或是連接傳導(dǎo)。
（2）在面料表面直接涂覆，之后通過軋壓工藝強(qiáng)化涂層，工藝的選擇主要取決于最終的應(yīng)用領(lǐng)域。這兩個(gè)方式均可以用于如智能紡織產(chǎn)品的傳感器、可穿戴電池或RFID標(biāo)簽上，起到連接作用。
此外，運(yùn)用石墨烯傳感器還可以感應(yīng)到壓力變化（圖 5），例如將傳感器放置在衣服的不同位置，當(dāng)軀干彎曲時(shí)，傳感器輸出的曲線也會(huì)隨之發(fā)生變化，因此可以輕松地根據(jù)曲線判斷阻力所發(fā)生的變化，依此衡量活動(dòng)中胳膊或肘部的阻力大小。傳感器可以感知的阻力變化范圍高達(dá)10%，這種方式遠(yuǎn)比電子器件衡量法更舒適；并且水洗后的傳感器測(cè)試結(jié)果并沒有太大變化。
圖5 石墨烯傳感器還可以感應(yīng)到壓力變化
如何將石墨烯與面料相結(jié)合？
由于石墨烯是晶體結(jié)構(gòu)，不能直接拉扯，因此可生產(chǎn)具有彈力的面料，先將面料拉伸開，隨后將石墨烯附在面料表面，石墨烯十分柔軟，可直接按壓；當(dāng)拉伸面料時(shí)，表觀溫度也隨之變化（圖6）。
圖 6 石墨烯與面料相結(jié)合
因此，相關(guān)材質(zhì)可以用在一些更復(fù)雜的應(yīng)用上，通過改變電極的排布，通以不同大小的電壓，賦予不同的性能，應(yīng)用于服裝上具有快速改變穿戴者表觀溫度的功能；并且相關(guān)變化只能通過紅外設(shè)備才能看到不同波長所傳遞的信息，可以將這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用在保密通信領(lǐng)域，只能在特定環(huán)境如紅外攝像頭下才可以讀取相關(guān)消息（圖7）。
圖 7 應(yīng)用于服裝上可以快速改變穿戴者表觀溫度
目前，石墨烯材料已經(jīng)用于紡織品領(lǐng)域之中，相關(guān)的需求將出現(xiàn)增長。任何新的應(yīng)用都需要研究如何對(duì)石墨烯進(jìn)行改性處理，如何使其滿足功能化應(yīng)用，因此相關(guān)的配方和生產(chǎn)工藝需要同步升級(jí)。
來源 | 紡織導(dǎo)報(bào)官微、網(wǎng)絡(luò)
