石墨烯功能紡織品的制備與性能研究進(jìn)展*

葉 鑫 王 敏, 2 李 俊, 2

1. 東華大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051；2. 東華大學(xué)現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051

石墨烯是由碳原子以SP2方式雜化形成的一種蜂窩狀晶體薄膜，厚度僅為 0.335 nm。廣義的石墨烯材料層數(shù)為1～10。石墨烯有3種同素異形體，分別為三維的石墨、一維的碳納米管和零維的富勒烯[1]。石墨烯各項(xiàng)性能優(yōu)異，其在室溫下的載流電子遷移率為2.5×105cm2/(V·s)，熱導(dǎo)率高于3 000 W/(m·K)， 彈性模量為1 TPa，固有強(qiáng)度為130 Gpa[2]，石墨烯因此被公認(rèn)為是“徹底改變21世紀(jì)的新材料”，在醫(yī)學(xué)、電子、儲(chǔ)能、紡織、過濾和傳感器等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。

具有石墨烯特殊性能的功能化紡織品被稱為石墨烯功能紡織品。利用石墨烯制備復(fù)合纖維或紡織品的整理劑，以提高紡織品的隔熱和導(dǎo)電性能，并賦予紡織品抗菌、遠(yuǎn)紅外等功能，已成為當(dāng)前功能紡織品的研究熱點(diǎn)[3-4]。研究表明，具有抑菌、電磁屏蔽、防靜電等性能的石墨烯功能紡織品有很好的耐洗性和使用壽命[5]70-73，[6]109-116，[7]。

但目前的生產(chǎn)技術(shù)難以大批量制備層數(shù)可控和晶格質(zhì)量好的石墨烯，且在轉(zhuǎn)移石墨烯的過程中往往會(huì)產(chǎn)生褶皺和破損，影響成品質(zhì)量。此外，在與紡織品結(jié)合時(shí)，涉及到各種織造和整理，復(fù)雜的程序和添加劑也會(huì)對(duì)石墨烯功能紡織品的特有性能產(chǎn)生影響。因此，石墨烯在功能紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段。

本文將從石墨烯功能紡織品的制備及石墨烯對(duì)紡織品的性能改進(jìn)兩方面，綜合闡述石墨烯功能紡織品的研究現(xiàn)狀，為石墨烯在功能紡織品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 石墨烯功能紡織品的制備

石墨烯功能紡織品的制備方法主要包括直接制備法和后整理法。石墨烯的質(zhì)量是決定功能紡織品性能的重要因素之一。目前，制備石墨烯的主要方法有機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法和化學(xué)氣相沉積法3種(表1)[8]。其中，機(jī)械剝離法生產(chǎn)出來的石墨烯質(zhì)量較好，但剝離效率低，該方法主要應(yīng)用在試驗(yàn)研究等對(duì)質(zhì)量要求高但對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)不作要求的場(chǎng)合；化學(xué)氣相沉積法是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、大面積、規(guī)模化生產(chǎn)石墨烯的方法之一，但該方法分離石墨烯與基底需要消耗大量的酸，易造成環(huán)境污染。

表1 石墨烯制備方法的比較

針對(duì)這些已有制備方法存在的缺點(diǎn)，新的石墨烯制備方法不斷涌現(xiàn)。Ding等[9]通過一種活化合成法，從制漿工業(yè)中產(chǎn)生的生物質(zhì)廢物黑液中合成和轉(zhuǎn)化出石墨烯片，避免了添加劑和有毒化學(xué)品的使用，是一種簡(jiǎn)單、綠色且石墨烯尺寸可控的制備方法。許壯等[10]采用碳偏析法與電子束熱處理工藝相結(jié)合的方式制備出高質(zhì)量的單層石墨烯，升溫、保溫、降溫整個(gè)熱處理過程可在30 s內(nèi)完成，能大大提高石墨烯的制備效率，且無需使用甲烷、氫氣等易燃?xì)怏w，制備過程更加安全。

1.1 石墨烯復(fù)合纖維的制備

石墨烯功能紡織品的制備可采用性能優(yōu)異的石墨烯復(fù)合纖維材料。石墨烯復(fù)合纖維的性能主要取決于：(1)石墨烯在溶液中的分散程度；(2)石墨烯和配合物質(zhì)的結(jié)合力；(3)石墨烯的添加量；(4)石墨烯本身的性質(zhì)[11]。原位聚合與物理共混是當(dāng)前制備石墨烯復(fù)合纖維的兩種主要方法[12]。

1.1.1 原位聚合

將一種或多種單體與增強(qiáng)材料混合進(jìn)行聚合的方法稱為原位聚合[13]。石墨烯片層的比表面積較大，易團(tuán)聚，且石墨烯層間范德華力較大，難以在其他聚合物中分散，紡絲存在一定的困難。氧化石墨烯是石墨烯的一種重要衍生物，與石墨烯有相似的結(jié)構(gòu)[14]。同時(shí)，氧化石墨烯內(nèi)部大量的含氧官能團(tuán)可通過化學(xué)反應(yīng)與其他分子緊密結(jié)合。將石墨烯及其衍生物添加到聚合物中，不僅能夠優(yōu)化聚合物自身性能，還能夠賦予石墨烯特有的性能。丁陳輝[15]以聚酰亞胺為基體，通過原位聚合的方法制備了聚酰亞胺(PI)/氧化石墨烯(GO)復(fù)合納米單纖維，GO使PI/GO復(fù)合納米單纖維的力學(xué)性能得到有效提升，其拉伸強(qiáng)度和模量與PI納米單纖維相比，分別提高了42.50%和251.50%，說明利用GO改進(jìn)的纖維在高強(qiáng)度材料領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1.1.2 物理共混

物理共混依靠聚合物分子鏈之間的物理作用制備相容性良好的復(fù)合纖維的方法，主要分為溶液共混和熔融共混。物理共混這一方法操作較為簡(jiǎn)便，在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。但石墨烯的表面自由能很大，極易發(fā)生團(tuán)聚而影響所制備復(fù)合纖維的性能。李建武等[16]為改善聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維的抗靜電效果，采用熔融共混法和熔融紡絲技術(shù)制備石墨烯改性抗靜電PET纖維，研究表明，含量較低的石墨烯粉體易分散，在石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%、拉伸倍數(shù)為3.2時(shí)，PET纖維的抗靜電效果得到顯著改善，其體積比電阻由4.14×1010Ω·cm降低到3.06×108Ω·cm。

物理共混是工業(yè)生產(chǎn)中常用的方法，但去除共混溶液中的溶劑需要額外的成本和繁瑣的工藝，還可能造成環(huán)境污染或溶劑去除不徹底。熔融共混相對(duì)環(huán)保，但更易發(fā)生團(tuán)聚沉淀。原位聚合法制備復(fù)合纖維時(shí)，石墨烯及其衍生物的分散相對(duì)均勻，不易發(fā)生團(tuán)聚，能夠制備出高填充和高相對(duì)分子質(zhì)量的復(fù)合纖維，在實(shí)際應(yīng)用中使用較為廣泛。

1.2 石墨烯紡織品的功能整理

石墨烯紡織品的功能整理是指直接對(duì)紡織品進(jìn)行改性處理，使之具有石墨烯的一種或多種特殊性能，功能整理的方法比較如表2所示。

表2 石墨烯紡織品功能整理的方法比較

1.2.1 直接浸軋法

直接浸軋法是將織物均勻浸漬于氧化石墨烯分散液中，并進(jìn)行烘干、定型等一系列操作的處理方法。該方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)織物固有性能影響較小，能夠通過浸軋次數(shù)改變紡織品中石墨烯的含量，適用于工業(yè)化大批量石墨烯功能紡織品的制備。Tahmasebi等[17]將白色純棉織物加入均勻的氧化石墨烯分散液中進(jìn)行整理，經(jīng)過整理的棉織物有去除水溶液中腐殖酸的能力，如當(dāng)腐殖酸的初始質(zhì)量濃度為13.6 mg/L，pH值為3.8，接觸時(shí)間為168.43 min時(shí)，吸附值達(dá)0.61，腐殖酸的去除效率高，制備的石墨烯棉織物對(duì)環(huán)境污染小。

1.2.2 噴涂法

將石墨烯涂層涂覆在織物表面，賦予織物一定功能的方法稱為噴涂法。相比于直接浸軋法，噴涂法可明顯減少織物原材料的用量，降低生產(chǎn)成本。于榮榮[18]采用單面噴涂的方法制備非對(duì)稱二氧化硅(SiO2)/還原氧化石墨烯(RGO)棉織物，結(jié)果表明：當(dāng)SiO2/RGO棉織物中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.0%時(shí)，SiO2/RGO棉織物的疏水角與超疏水穩(wěn)定時(shí)間分別達(dá)151.7°和80.00 min，實(shí)現(xiàn)了織物一面具有優(yōu)良的疏水性能，而另一面仍保持原有特性的目標(biāo)。采用噴涂法能夠簡(jiǎn)單靈活地制備功能性織物，特別適用于兩面性能需求不同的織物。

1.2.3 復(fù)配液整理法

復(fù)配液整理法是指按比例混合配置兩種或兩種以上組分的溶液整理劑，再利用這一整理劑對(duì)織物進(jìn)行功能性整理的方法。因石墨烯難溶于有機(jī)溶劑，因此該方法的關(guān)鍵是制備分散性和穩(wěn)定性良好的復(fù)配液。胡希麗等[19]將棉織物浸軋于石墨烯/聚氨酯復(fù)配液中，然后對(duì)其進(jìn)行烘干-烘焙處理，所得改性織物的遠(yuǎn)紅外性能大大提高，3次處理后織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率達(dá)0.911，高于市面上遠(yuǎn)紅外功能紡織品的發(fā)射率。

1.2.4 交聯(lián)改性法

在線性分子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，使線性分子相互連在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法稱為交聯(lián)改性法。這種方法成本低廉，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。Wu等[20]以氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)為交聯(lián)劑與殼聚糖溶液混合攪拌，再向交聯(lián)的殼聚糖溶液中添加不同質(zhì)量的石墨烯，經(jīng)超聲處理后得到殼聚糖/石墨烯溶液。將竹纖維織物在殼聚糖/石墨烯溶液中浸泡、漂洗和干燥后得到改性竹纖維織物。增加殼聚糖/石墨烯溶液中的石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致該混合溶液在織物表面出現(xiàn)分布不均勻的現(xiàn)象。當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.30%時(shí)，石墨烯會(huì)附著在纖維之間，堵塞織物孔隙，影響織物的透氣性。當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，改性竹纖維織物的抗菌率可達(dá) 98.00%以上。

1.2.5 紫外線光固法

紫外線光固法是利用紫外線使織物表面的氧化石墨烯整理液發(fā)生輻射聚合、交聯(lián)和接枝等反應(yīng)，并還原氧化石墨烯，得到石墨烯改性織物的方法。這種方法簡(jiǎn)單高效、低碳環(huán)保，應(yīng)用前景廣闊。Javed等[21]將涂覆在織物表面的氧化石墨烯通過紫外線光固法還原到棉毛織物上，整理得到的棉毛織物的電阻率均低于原來的1/3，導(dǎo)電性能顯著提高。

1.2.6 層層自組裝法

層層自組裝法是借助分子間的弱相互作用，將溶質(zhì)逐層沉積到待整理織物的表面，并在纖維層間自發(fā)締結(jié)，形成穩(wěn)定的功能性組裝膜的方法[22]。該方法在提高改性織物表面石墨烯含量的同時(shí)，還可以根據(jù)織物的功能需求選擇不同的功能性整理劑。鄒梨花等[6]109-116將陽離子化處理的棉織物先后浸漬于氧化石墨烯溶液和苯胺溶液中，經(jīng)多次自組裝得到輕質(zhì)、高效的吸波型電磁屏蔽織物。當(dāng)氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為0.4 g/L、苯胺單體質(zhì)量濃度為0.7 mol/L時(shí)，自組裝四層氧化石墨烯/聚苯胺膜后，棉織物的電磁屏蔽效能達(dá)19.91 dB，可屏蔽98.98%的電磁輻射。

隨著對(duì)石墨烯功能紡織品制備方法的深入研究，更多的綠色環(huán)保制備方法不斷涌現(xiàn)。如Nazari[23]在不添加任何還原劑的情況下，通過石榴水還原浸涂在棉織物上的氧化石墨烯。目前，實(shí)現(xiàn)石墨烯功能紡織品的大批量、高質(zhì)量生產(chǎn)成為研究的重點(diǎn)。

2 石墨烯對(duì)紡織品的性能改進(jìn)

2.1 熱學(xué)性能

2.1.1 高熱傳導(dǎo)性

石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和較高的熱穩(wěn)定性，較大的比表面積使之與紡織品結(jié)合時(shí)有更大的接觸表面積，從而有利于紡織品的熱傳導(dǎo)[24]。

織物的導(dǎo)熱性能對(duì)吸濕排汗功能性服裝具有重要意義，導(dǎo)熱系數(shù)高的紡織品可快速、穩(wěn)定地降溫，給人體帶來涼感。趙凱[25]將制得的巰基官能團(tuán)化的還原氧化石墨烯(M-rGO)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的2，2-二 甲氧基-2-苯基苯乙酮作為光引發(fā)劑，超聲分散于聚乙二醇-甲基丙烯酸異氰基乙酯(PEG-IEM)整理液中，得到rGO/PEG-IEM吸濕排汗導(dǎo)熱整理液，再將巰基改性的滌綸織物平整地浸漬于rGO/PEG-IEM整理液中，并置于紫外燈下進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng)，得到吸濕排汗導(dǎo)熱滌綸織物。M-rGO用量越多，織物的導(dǎo)熱性能越好。然而，為使吸濕排汗織物達(dá)到穿著舒適的效果，還需要考慮織物的水分管理能力(OMMC)，將rGO/PEG-IEM吸濕排汗導(dǎo)熱整理液中M-rGO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)化為2.00%時(shí)，織物的平均升溫速率為0.65 ℃/s，OMMC可達(dá)到80.59。

Abbas等[26]使用浸漬法分別制備了石墨烯、碳納米管和碳化硼復(fù)合涂層棉織物。這3種復(fù)合涂層棉織物的導(dǎo)熱系數(shù)提高。當(dāng)涂層溶液中石墨烯、碳納米管和碳化硼微粒的含量相同時(shí)，所得3種復(fù)合涂層棉織物中,石墨烯復(fù)合涂層棉織物的導(dǎo)熱系數(shù)最高，但透氣性最差。當(dāng)石墨烯、碳納米管和碳化硼微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆為50.0%時(shí)，所得復(fù)合涂層棉織物的透氣性分別降低了73.00%、69.00%和64.00%。這是因?yàn)橥繉宇w粒在一定程度上會(huì)堵塞織物的孔隙。因此，實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)織物的功能需求合理選擇涂層溶液中石墨烯、碳納米管和碳化硼微粒的含量，兼顧織物的導(dǎo)熱性能和透氣性能，從而提高服裝的穿著舒適性。此外，結(jié)合石墨烯功能紡織品的導(dǎo)熱性能與導(dǎo)電性能，開發(fā)性能優(yōu)異的電熱產(chǎn)品，可在防寒保暖領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

2.1.2 遠(yuǎn)紅外性能

遠(yuǎn)紅外性能即遠(yuǎn)紅外輻射功能，是添加在織物中的遠(yuǎn)紅外物質(zhì)通過吸收外界或人體中輻射的遠(yuǎn)紅外線，令自身溫度升高的同時(shí)，發(fā)射相應(yīng)的遠(yuǎn)紅外線，滲入人體皮膚的皮下組織細(xì)胞，從而加速體內(nèi)新陳代謝，賦予織物一定的保暖和保健功能[27]。孫海波等[28]采用聚合物熔融共混紡絲的方法制備出生物質(zhì)石墨烯改性再生聚酯纖維，當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%時(shí)，生物質(zhì)石墨烯改性再生聚酯纖維的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.88%，遠(yuǎn)紅外溫升為2.0 ℃，遠(yuǎn)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。與普通滌綸面料相比，穿著該面料時(shí)人體血流灌注量提升了21.00%，皮膚表面溫度提高了4.00%，人體微循環(huán)改善，新陳代謝加快。生物質(zhì)石墨烯改性纖維蓄熱材料有很好的蓬松度，結(jié)合其遠(yuǎn)紅外性能，保暖效果顯著。馮銘銘[29]研究發(fā)現(xiàn)，面密度為140 g/m2的生物質(zhì)石墨烯內(nèi)暖絨絮片的熱阻值達(dá)3.2 clo，透氣性為1.77 m/s，橫向斷裂強(qiáng)力為6.2 N，滿足相關(guān)的保暖性和服用性能要求，可應(yīng)用于滑雪服的設(shè)計(jì)和制備中。

2.1.3 阻燃性能

石墨烯具有較高的熱穩(wěn)定性和較大的表面積，能夠隔絕氧氣，燃燒后能在織物表面形成致密的炭層，可有效抑制燃燒物質(zhì)的傳熱和火焰蔓延，是一種新型的綠色無鹵型阻燃劑[30]。石墨烯阻燃紡織品要求織物表面有足夠?qū)訑?shù)的石墨烯才能達(dá)到理想的阻燃效果。Jang等[31]采用逐層組裝方法，利用聚乙烯醇(PVA)和石墨烯納米薄片(GNP)-聚4苯乙烯磺酸(PSS)溶液逐層浸漬棉織物，每個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)1個(gè)雙層(BL)石墨烯層。熱量分析結(jié)果表明：加入10個(gè)BL石墨烯層后，該涂層織物的焦炭形成能力顯著增強(qiáng)；經(jīng)800 ℃的灼燒后，涂層織物殘留物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.00%，而未涂層織物殘留物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.40%；在垂直火焰燃燒測(cè)試中，未涂層織物上出現(xiàn)更亮、更大、更快的火焰，充分說明石墨烯涂層可以代替鹵化或含硼的阻燃劑。吉益明[32]將氧化石墨稀水溶膠作為涂層整理劑涂覆在蠶絲織物上下表面，再將其還原得到石墨烯涂層蠶絲織物，極限氧指數(shù)(LOI)測(cè)試的結(jié)果顯示，石墨烯涂層蠶絲織物的LOI值隨織物表面石墨烯沉積量的提高而增大，當(dāng)石墨烯沉積量為19.5%時(shí)，石墨烯涂層蠶絲織物的LOI值達(dá)43.50%(LOI值大于26.00%的織物可視為阻燃織物)，且經(jīng)10次水洗后，其LOI值的降幅小于2.00%。

2.2 電學(xué)性能

2.2.1 導(dǎo)電性

石墨烯中每個(gè)碳原子垂直于蜂窩結(jié)構(gòu)的軌道可以形成貫穿全層的大π鍵，使其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。有研究表明，在300～500 K之間，石墨烯的平均電導(dǎo)率為1.066×1010S/m[33]。楊靜等[34]采用電化學(xué)沉積法將石墨烯負(fù)載到棉針織物表面，結(jié)果表明電沉積90 min的電極材料比電容最大，達(dá)464.3 F/g，能量密度和功率密度也最大，分別為14.25 W·h/kg和12 500 W/kg，同時(shí)其比電容隨折疊次數(shù)的增加呈現(xiàn)先降后增的趨勢(shì)，表明該電極材料具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)利用性能。曹機(jī)良等[35]采用紫外光固化技術(shù)將還原氧化石墨烯印制于棉織物表面，結(jié)果表明，保持聚氨酯丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和光引發(fā)劑1173的質(zhì)量比不變，織物的導(dǎo)電性隨還原氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增多而增強(qiáng)，但耐久性變差，在還原氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、固化時(shí)間15 s時(shí)，改性棉織物的導(dǎo)電性和耐久性達(dá)最佳，干磨、濕磨甚至水洗后其電阻都保持在8～10 kΩ/cm的較低水平。

2.2.2 數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸

石墨烯因具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)極性分子吸附能力、高載流子遷移率和電可調(diào)的電導(dǎo)率而被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸，特別是傳感器中。Afroj等[36]介紹了一種以石墨烯為基礎(chǔ)，可大規(guī)模高速生產(chǎn)的紗線。該紗線有良好的柔韌性、耐洗性和可彎曲性，與織物結(jié)合后可作為柔性傳感器。這為可穿戴技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備、運(yùn)動(dòng)裝、軍事用品中的應(yīng)用指引方向。Yang[37]通過簡(jiǎn)單的熱還原制作出可穿戴的石墨烯織物傳感器，無需聚合物材料封裝，通過電阻變化對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該傳感器具有高靈敏度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和穿著舒適性的特點(diǎn)。

2.2.3 電磁屏蔽性能

為了滿足市場(chǎng)對(duì)電磁屏蔽材料更高的要求，開發(fā)柔軟輕薄、耐受性好、高效的電磁屏蔽材料已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[38]。金屬材料是傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料，但其服用性能不理想，靈活性較差[39]。石墨烯材料電導(dǎo)率高、比表面積大、輕質(zhì)柔軟且力學(xué)性能優(yōu)異，是理想的電磁屏蔽材料。張松林[40]利用層層組裝技術(shù)制備了聚吡咯(PPY)/氧化石墨烯(GO)多層薄膜電磁屏蔽織物，織物的電磁屏蔽性能隨組裝膜的層數(shù)增加而增大。當(dāng)織物組裝有5層PPY/GO薄膜時(shí)，其最大屏蔽值達(dá)25.5dB，而含有5層PPY的薄膜織物屏蔽效能最大僅接近15.0 dB。

2.3 抑菌性能

石墨烯的抑菌原理涉及物理和化學(xué)兩方面。物理抑菌原理是指石墨烯尖銳的邊緣能直接損傷細(xì)菌膜，或通過光熱消融和包裹產(chǎn)生抑菌效果；石墨烯的化學(xué)抑菌原理與電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的氧化應(yīng)激和活性氧有關(guān)[41]。官杰等[5]70-73用振蕩法對(duì)石墨烯改性滌綸短纖維，石墨烯改性黏膠短纖維及其功能性織物的抑菌性能進(jìn)行了探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者具有很好的抑菌性能，當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%時(shí),三者的抑菌性能均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且在多次洗滌后性能穩(wěn)定，說明三者具有持久的抑菌性能。此外，氧化石墨烯對(duì)大腸埃希菌細(xì)胞膜有明顯的破壞作用，但對(duì)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞毒性很小。Yaghoubidoust等[42]將棉織物在氧化石墨烯溶液中反復(fù)浸泡-烘干3次，結(jié)果表明，整理后的織物對(duì)大腸埃希菌和海豚鏈球菌的抑菌率分別達(dá)到70.00%和93.00%。通過簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法也能夠制備抑菌性能優(yōu)異的織物，這為石墨烯抑菌織物在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2.4 抗紫外線性能

過量的紫外線輻射會(huì)傷害皮膚甚至破壞人體的免疫系統(tǒng)，因此具有抗紫外線性能的紡織品受到人們的關(guān)注。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯功能紡織品具有良好的抗紫外線性能。胡希麗等[43]采用氧化石墨烯(GO)和殼聚糖(CS)通過靜電層層自組裝技術(shù)對(duì)棉織物進(jìn)行表面改性，在棉織物表面形成GO/CS雙分子層，僅組裝1次的改性織物的抗紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF)達(dá)88.93，高出未處理棉織物的8倍，而組裝10次的改性織物的UPF值達(dá)452.00，超出未處理棉織物的40倍，且水洗改性棉織物的防紫外性能持久性較好。余坤明[44]采用常規(guī)“浸漬-烘干-焙烘”的方式在棉織物的表面合成氧化鋅，再利用低溫浸漬法獲得氧化石墨烯/氧化鋅(GO/ZnO)整理的功能棉織物，經(jīng)ZnO整理后，棉織物的UPF值高達(dá)87.86，比未整理的織物提高了近15倍，而GO/ZnO棉織物的UPF值較經(jīng)ZnO整理的棉織物提高了3倍多，達(dá)到284.70。

3 總結(jié)

石墨烯各項(xiàng)性能優(yōu)異，其在功能紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用受到科研和產(chǎn)業(yè)人員的關(guān)注。石墨烯功能紡織品的制備方法也在向簡(jiǎn)單、環(huán)保和高效的方向發(fā)展。然而，石墨烯在功能紡織品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用仍然存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 從石墨烯的制備技術(shù)而言，石墨烯的產(chǎn)量和質(zhì)量是石墨烯能夠廣泛應(yīng)用的決定性因素，而高質(zhì)量的石墨烯規(guī)?；a(chǎn)成本仍較高。石墨烯的制備技術(shù)應(yīng)向規(guī)?；?、高質(zhì)量、成本低、安全綠色的方向發(fā)展。

(2) 從功能紡織品的制備而言，主要存在3個(gè)問題。其一，因石墨烯不相容的特性，石墨烯功能紡織品的制備多依賴其衍生物，因此石墨烯相關(guān)衍生物在溶劑中的分散性和穩(wěn)定性決定了所制備纖維和織物的質(zhì)量。通過添加助劑可以改善其在溶液中的均勻性和分散性，但需考慮成本及助劑的環(huán)保問題，避免助劑的殘留影響紡織品的性能。其二，目前石墨烯功能紡織品的制備方法多，不同方法獲得的產(chǎn)品功能的耐久性差異較大，而耐久性取決于石墨烯與紡織品之間的結(jié)合力。通過石墨烯及其衍生物與紡織品之間形成化學(xué)的鍵合作用來提升石墨烯與紡織品之間的結(jié)合力，是提高石墨烯功能紡織品耐久性的切入點(diǎn)。其三，在對(duì)紡織品進(jìn)行功能化的同時(shí)，也要考慮是否影響紡織品的其他性能。功能紡織品的綜合服用性能是石墨烯功能紡織品是否適合投入實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

石墨烯功能紡織品不斷涌現(xiàn)，需相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。充分利用石墨烯優(yōu)異的物理化學(xué)性能，將石墨烯功能紡織品與柔性可穿戴技術(shù)結(jié)合，可推動(dòng)石墨烯功能紡織品的生產(chǎn)和應(yīng)用。