石墨烯在可穿戴功能纺织品中的应用

石墨烯在抗菌纺织品中的应用

石墨烯及其衍生物———氧化石墨烯具有广谱抗菌性，可利用化学与物理方式赋予石墨烯整理后的纺织品抗菌能力。现阶段，氧化石墨烯的抗菌性理论主要集中在膜成分提取、物理切割、物理捕获、氧化应激等方面。

膜成分提取理论认为氧化石墨烯可以破坏细菌细胞膜的磷脂双分子层，达到抗菌效果；物理切割理论认为氧化石墨烯较为锋利的边缘能够破坏细菌细胞膜，使细菌细胞内的营养物质流失而起到抗菌效果；物理捕获理论认为氧化石墨烯可限制外界与细菌细胞间的营养交换，从而起到抗菌效果；氧化应激理论认为氧化石墨烯的氧化活性基团可使细菌细胞新陈代谢紊乱从而达到抗菌效果。

石墨烯在抗菌方面的应用方向有纺制复合抗菌纤维、开发抗菌织物与抗菌后整理３种。纺制复合抗菌纤维主要指利用现代纺丝技术，如静电纺丝、湿法纺丝、干法纺丝、熔融纺丝等技术，将氧化石墨烯按照一定比例混入高聚物中纺制含有氧化石墨烯的复合抗菌纤维。

马君志等将石墨烯磨粉后注入黏胶纺丝原液中，使用湿法纺丝纺制的石墨烯黏胶纤维对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌率分别达到了99.3％、99.6％和99.2％；苑亚楠等将石墨烯加入到二异氰酸酯与聚醚二醇缩聚反应形成的纺丝原液中，利用干法纺丝纺制的石墨烯氨纶纤维对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的抗菌率分别达到了98％、99％和99％。

开发抗菌织物是指利用纺制的石墨烯复合抗菌纤维制备抗菌织物。黄小云等利用石墨烯抗菌纤维设计制作的双罗纹针织物，在洗涤50次后对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的抗菌率分别达到了98％、98％和87％，表现出了良好的抗菌稳定性。石墨烯抗菌后整理是目前利用石墨烯制备抗菌纺织品的主要方法，其工艺主要为利用石墨烯及其衍生物对织物进行抗菌整理。

孙璇等利用氧化石墨烯对丙烯酸非织造布进行接枝整理，测试表明当接枝质量分数为25％时，对金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的抗菌率分别达到了92.19％和91.66％。周福芹等同样利用氧化石墨烯对棉织物进行浸渍整理，整理后的织物在洗涤40次后，对金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的抗菌率依然分别达到了75％和78％。随着石墨烯制备技术的进步，其在抗菌纺织品，尤其是医用防护纺织品中必将占有一席之地，但进一步使用时必须提高石墨烯与织物的交联性，增强黏附力。

石墨烯在电磁防护纺织品中的应用

石墨烯良好的导电性能使其在防电磁辐射与抗静电织物的开发上具有良好的先天基础。田恐虎以水性聚氨酯为基材，加入掺杂氮的石墨烯制备复合材料。复合材料的抗电磁辐射能力会随着石墨烯含量的增加逐渐提高，当石墨烯的质量分数增至12％时，制备的复合材料对电磁辐射的屏蔽效能达到28dB。

利用相分离法制备的石墨烯/聚偏氟乙烯复合材料的电磁屏蔽效能随着石墨烯的增加而增加，在石墨烯质量分数增至15％，其屏蔽效率已达46dB。

张媛媛将制取的氧化石墨烯混入铁酸镍中制备复合材料，不仅将吸收波的宽度提升至12.16～17.52GHz，而且复合材料的电磁屏蔽效能显著提高。当石墨烯的质量分数为20％时，利用石墨烯多层整理制备的可穿戴纺织品的电磁屏蔽效能可达21.4dB。

邹梨花等利用原位聚合法将棉织物置于氧化石墨烯溶液中浸渍以便苯胺生长，使氧化石墨烯紧密贴附于棉织物表面，测试表明采取0.7mol/L的苯胺单体与0.4g/L的氧化石墨烯浓度，在自组装层数为4层时，整理织物的厚度仅增加了0.607mm，织物厚度增加相对较小。4～6GHz频率范围内，整理织物的屏蔽效能可达19.91dB。

石墨烯的高导电性除了赋予整理织物防电磁性能外，还可提高织物的抗静电性能。汪海映等为了改善织物与石墨烯的交联性能，利用碱液与超临界二氧化碳依次对棉织物进行处理，通过提高棉织物表面的粗糙程度，增强织物与石墨烯的结合力。

孙荣欣等通过试样验证了石墨烯的分布对整理织物导电性能的影响。杜敏芝等利用水溶性聚氨酯与石墨烯混合制成悬浊液对涤棉混纺织物进行抗静电整理，测试表明经一烘一焙工艺整理后，涤棉混纺织物具有极佳的抗静电效果，同时也保持了织物原有的力学性能与透气性能。

蒋连意等在棉纱表面涂覆一层石墨烯与纳米银，将棉纱碱洗后置于氧化石墨烯溶液中，整理后的三层棉纱电阻低至22.7Ω。综上分析可知，石墨烯在电磁防护织物与抗静电织物中具有极高的应用价值。

石墨烯在防紫外线与阻燃纺织品中的应用

石墨烯及其衍生物对波长在100~281nm的紫外线具有很好的吸收功能，对波长超过281nm的紫外线同样具有一定的阻挡反射作用，石墨烯在防紫外线纺织品中具有很好的应用前景。

Ouadil等通过硝酸银和氧化石墨烯对聚酯纤维进行处理后，利用连二亚硫酸钠对其还原，使用该工艺整理后的聚酯纤维对紫外线的透过率低于0.8％，相比试样对比样，紫外线防护性能提高了73％。

Hu等利用浸渍－烘干工艺对聚氨酯织物进行石墨烯涂层制备的复合织物的防紫外线系数可达500左右，相比未整理织物的紫外线防护性能提高了近60倍，且经过10个水洗周期后，仍保持较高的防紫外线性能。

石墨烯具有极高的热传导与比表面积，可以有效吸收燃烧过程中产生的有机挥发物质，同时在燃烧时，石墨烯表面可形成一层致密且具有隔绝助燃气体的碳层，是极为理想的阻燃材料。

Hu等在氧化石墨烯中植入阻燃剂进行改性，阻燃改性的氧化石墨烯添加至聚乙烯中，经测试，处理后的聚乙烯复合材料的抗氧化性能与阻燃性能得到了提高，力学性能也得以改善。

Wang等采用石墨烯阻燃改性聚丁二酸丁二醇酯，改善了织物的阻燃性能与撕裂性能。高珊等利用石墨烯气溶胶对织物进行防火整理，使人体热损失时间提高203％，二级烧伤防护时间提高218％，极大改善织物对人体的防护性能。

石墨烯在传感与储能纺织品中的应用

石墨烯分子的共轭构型使其具有极强的电子传输与储存能力，为具有传感、储能、可穿戴智慧纺织品的开发提供了理想的材料基础。Kim等利用石墨烯高导电特性，制备出可穿贴汗液葡萄糖含量测试织物，可以极为精确地测量血液中的葡萄糖含量，省去了抽血程序。

Jin等将改性后的石墨烯涂覆在尼龙纤维表面，再将银导电纤维与处理后的尼龙纤维加捻成纱，嵌入到涤纶织物，用以监测人体皮肤的温度变化。测试表明，该织物除表现出稳定的灵敏度外，其电稳定性与力学性能也表现良好。

He等利用浸渍与银磁控溅射工艺将石墨烯涂覆于棉织物表面，整理后的织物表现出稳定性好、响应快、应变范围大、灵敏度高等特点。

石墨烯不仅具有高导电性、高充放电倍率特性，还兼具其他电解质所不具有的高柔、超薄、低导电阈值特性，使得石墨烯能更加充分地分散在活性物质中而储电，也使石墨烯具有开发超级储能电容的潜质，为可穿戴纺织品提供持久的电力供应。

Li等以非织造布为基材，使用二氧化锰与石墨烯在非织造布上沉积构造储能电容，其储能量高达138.8mF/cm2，在180°折叠状况下，可循环放电、充电千次，其电容储能量仍然为原先的87.6％。

Ｘｕ等将聚3，4乙二氧基噻吩混入利用碳纳米管与石墨烯制成的纳米复合膜中，以非织造布为基材，将膜涂覆于非织造布制成的储能电容上，在0.1A/g电流密度条件下，非织造布的比电容高达164F/g，折叠弯曲千次后，其比电容仍然为原先的93％。

审核编辑 ：李倩