紡織是個傳統產業，可在這傳統產業里也有新花樣、新技術，只要下大力氣傳統就不再“傳統”。為迎合消費者對服裝需求的改變，專業人士正在通過創新與融合新技術來達到甚至超過消費者期望。
石墨烯是目前自然界最薄、強度最高的材料，強度比鋼材高200倍，同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。
作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，有科學家預言石墨烯極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命，將“徹底改變21世紀”。
2010年諾貝爾物理學獎獲得者、英國皇家科學院院士、英國國家石墨烯研究院首席科學家、英國曼徹斯特大學榮譽教授、新加坡國立大學教授Konstantin Novoselov發表了題為《石墨烯在智能紡織品中的應用》的演講，基于其多年來對石墨烯的研究成果與經驗，介紹了石墨烯的性能特點、制備方法及智能紡織品中的應用實例。
什么是石墨烯？聚焦石墨烯的性能特點及制備方法
石墨烯的結構是碳原子緊密堆積而成的單層二維蜂窩狀晶格結構（圖1），雖然結構簡單，但卻擁有諸多優點。它是目前最薄的材料之一，具有良好的導電導熱性、優異的柔性強度……石墨烯集合了上述所有優點于一體。
石墨烯的相關性能使其具有前景廣闊的應用領域，例如復合材料、薄膜、柔性電子、能源、生物應用等，其中很多相關應用均已面市。
圖 1 石墨烯的結構
關于石墨烯的制備方法，最初的研究方式是對石墨采取機械剝離法，但這種方式并不具有可持續性，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用
Konstantin Novoselov研究團隊加大了石墨烯相關領域的研究力度，并將相關研究成果應用在智能紡織品或個人防護裝備上。
石墨烯可應用于打印RFID標簽以及紡織品上，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電漿料等，用來制作各種各樣的電子配件。應用于可打印的RFID標簽時，通過采用石墨烯導電漿料打印出的H型標簽或UH型標簽均有不俗表現，但很難使用其他二維材料打印出這種類型的標簽（圖2）。
圖 2 可打印的RFID標簽
為什么選擇石墨烯？
其原因主要有以下幾點：
（1）石墨烯導電漿料可以直接印刷在紙張上，無需其他操作；
（2）技術具有生態環保性；
（3）該材料具有良好的柔韌性；
（4）最重要的是可打印技術具有靈活可變性，減少了傳統鋁蝕刻所造成的浪費；使材料成本和技術成本最小化。
基于此，已經有企業開始生產綠色環保的石墨烯RFID標簽（圖3）。不需要使用太多設備，不會產生過多材料浪費，只需要使用很少量的石墨烯導電漿料，再次彰顯了該項技術的價格合理性以及生態友好性。
圖 3 企業生產綠色環保的石墨烯RFID標簽
除此之外，還有許多其他的應用可能性，RFID應用中需要在電子標簽中集成傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電傳感器、壓力傳感器、磁感應傳感器等；并且可嘗試使用改性傳感器，集成不同的信號，傳導不同的結果。
例如采用了石墨烯改性紗線制成面料，使其可以感知溫度。石墨烯材料具有穩定性，可用于成衣使用或可穿戴服裝中。
Konstantin Novoselov研究團隊做了一項實驗，將吹風機置于石墨烯RFID標簽的上方使其升溫，雖然沒有和電腦相連，僅僅放在電腦旁邊就可以將相關溫度信息傳輸到電腦上（圖 4）；將手指放在標簽上面，可以良好地感知到溫度的升降；說明了石墨烯RFID標簽優良的傳感性能。
圖 4 將吹風機置于石墨烯RFID標簽的上方使其升溫
石墨烯與紡織品還可以如何結合應用？
一般有兩種結合應用方式：
（1）可采用還原氧化石墨烯溶液對纖維進行改性浸涂處理，烘干后可得到石墨烯改性纖維；對紗線進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。
（2）在面料表面直接涂覆，之后通過軋壓工藝強化涂層，工藝的選擇主要取決于最終的應用領域。這兩個方式均可以用于如智能紡織產品的傳感器、可穿戴電池或RFID標簽上，起到連接作用。
此外，運用石墨烯傳感器還可以感應到壓力變化（圖 5），例如將傳感器放置在衣服的不同位置，當軀干彎曲時，傳感器輸出的曲線也會隨之發生變化，因此可以輕松地根據曲線判斷阻力所發生的變化，依此衡量活動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10%，這種方式遠比電子器件衡量法更舒適；并且水洗后的傳感器測試結果并沒有太大變化。
圖5 石墨烯傳感器還可以感應到壓力變化
如何將石墨烯與面料相結合？
由于石墨烯是晶體結構，不能直接拉扯，因此可生產具有彈力的面料，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；當拉伸面料時，表觀溫度也隨之變化（圖6）。
圖 6 石墨烯與面料相結合
因此，相關材質可以用在一些更復雜的應用上，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；并且相關變化只能通過紅外設備才能看到不同波長所傳遞的信息，可以將這項新技術應用在保密通信領域，只能在特定環境如紅外攝像頭下才可以讀取相關消息（圖7）。
圖 7 應用于服裝上可以快速改變穿戴者表觀溫度
目前，石墨烯材料已經用于紡織品領域之中，相關的需求將出現增長。任何新的應用都需要研究如何對石墨烯進行改性處理，如何使其滿足功能化應用，因此相關的配方和生產工藝需要同步升級。
來源 | 紡織導報官微、網絡
