石墨烯在紡織上的應(yīng)用研究進(jìn)展

翟健玉，郭榮輝

（四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610065)

石墨烯最早問世于2004年，英國曼徹斯特大學(xué)Novoselov K S等利用透明光刻膠帶反復(fù)粘撕石墨片側(cè)面，成功制備了厚度為幾個原子層，約10um的石墨烯單晶片[1]。石墨烯一經(jīng)出現(xiàn)便引起了大量的關(guān)注，石墨烯的制備方法也日益豐富，包括機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化還原法、外延生長法等。石墨烯由于其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，使得其在紡織上應(yīng)用也日益廣泛，比如提高織物的紫外線防護(hù)性能、阻燃性能、導(dǎo)電性能和抗菌性能等，石墨烯基紡織品不只局限于應(yīng)用在紡織領(lǐng)域，還可應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)用衛(wèi)生和資源環(huán)境領(lǐng)域等。

1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能

石墨烯是碳原子以sp2形式雜化并堆疊成具有蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)的二維晶體，由碳六元環(huán)組成，是所有其他維度碳同素異形體的基本結(jié)構(gòu)單元（圖1)[2]。研究表明，單層石墨烯的厚度僅為3.4?，其表面有一定的彎曲角度而呈現(xiàn)高低起伏的不完全平整狀態(tài)，可以使其保持良好的穩(wěn)定性。石墨烯中兩個碳原子之間的鍵角為120°，鍵長為0.142nm，每一個碳原子有四個價電子，其中三個和另外三個碳原子形成很強(qiáng)的共價σ鍵，剩下一個未成鍵的電子與其他碳原子的未成鍵電子之間形成大π鍵，可自由移動[3]。石墨烯的邊界結(jié)構(gòu)包括船式結(jié)構(gòu)和椅式結(jié)構(gòu)兩種，椅式的石墨烯電子傳輸特性可為金屬型或半導(dǎo)體型，而船式通常為金屬型[4]。

圖1 石墨烯晶格結(jié)構(gòu)[5]

石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)使其具備了一系列優(yōu)良性能。石墨烯的電子遷移率高達(dá)200000cm2/v·s，導(dǎo)熱系數(shù)為5300w/m·k，其比表面積可達(dá)2630m2/g，可用于制備電子元件、吸附材料以及導(dǎo)熱材料[5-6]；石墨烯的斷裂強(qiáng)度可達(dá)130Gpa，楊氏模量更是高達(dá)1.06TGPa，常用作金屬增強(qiáng)材料[7]；石墨烯的吸光率僅為2.3%，透光率極好，已被廣泛應(yīng)用于制作透明接觸屏和太陽能電池[5]。正因為如此，使得石墨烯及其衍生物（氧化石墨烯、還原性氧化石墨烯)在紡織、物理、生物、醫(yī)學(xué)以及電子等各個領(lǐng)域應(yīng)用都十分廣泛。

2 石墨烯基紡織品的制備方法

石墨烯基紡織品主要包括石墨烯復(fù)合紡織品和純石墨烯紡織品兩種。目前基于石墨烯復(fù)合紡織品的研究居多，其主要是將石墨烯及其衍生物利用浸漬法、層層自組裝、噴涂法和電泳沉積法等負(fù)載在織物表面，或者將石墨烯與其他聚合物共混紡絲成石墨烯纖維。純石墨烯紡織品主要是通過化學(xué)氣相沉積法制備，其制備存在技術(shù)難關(guān)。

2.1 浸漬法

浸漬法是制備石墨烯復(fù)合紡織品最常用也是最簡單的方法，只需將紡織品直接放于石墨烯或氧化石墨烯的均勻分散液中。由于石墨烯表面不含有電荷，在水中易團(tuán)聚和沉淀，往往需要借助分散劑如N-甲基吡咯烷酮[8]（NMP)和表面活性劑如重氮鹽[9]、堿還原劑[10][K（1S-crown-S)2]Na等。研究表明，這些表面活性劑和分散劑的除去往往要經(jīng)過高溫處理或嚴(yán)苛的化學(xué)處理，否則就會對織物的性能產(chǎn)生影響，這樣就會進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本[11]。由于石墨烯分散困難，且與纖維結(jié)合不易，其衍生物氧化石墨烯和還原性氧化石墨烯得到極大關(guān)注。與石墨烯完整的碳碳結(jié)構(gòu)不同的是，氧化石墨烯中含有大量的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，故其在水中分散十分容易，與纖維或織物附著更加牢固，因此是石墨烯復(fù)合紡織品中最常使用的材料[12]。當(dāng)然，氧化石墨烯碳結(jié)構(gòu)的缺陷會嚴(yán)重降低它的導(dǎo)電性，故通常在氧化石墨烯浸涂在纖維或織物上后，會采用化學(xué)還原、熱還原、紫外線輻照還原等方法，將其還原成還原性氧化石墨烯[13]。在此過程中，宏觀上棕色纖維會變成黑色，在微觀上石墨烯所擁有的sp2結(jié)構(gòu)更加完整，導(dǎo)電性能有所改善。此方法對環(huán)境和所需設(shè)備條件要求較低，但是存在石墨烯及其衍生物附著含量較低和結(jié)合牢度較低的問題，借助化學(xué)助劑、等離子體等方法去提高石墨烯與纖維之間的界面結(jié)合力的報道也隨之出現(xiàn)[14-15]。

2.2 層層自組裝

層層自組裝是利用共價鍵組裝、靜電吸附、氫鍵和電荷轉(zhuǎn)移等作用形式制備多層涂層的主要方法，也可在纖維或織物上連續(xù)沉積單分子層。Jang[16]等利用層層自組裝將聚（4-苯乙烯磺酸)（PSS)、聚乙烯醇和石墨烯納米薄片在棉織物上合成薄膜，以提高棉花的阻燃性能。Liu[17]等首先通過醚化法制備了帶負(fù)電荷的羧甲基棉織物，由于殼聚糖（CS)帶正電而氧化石墨烯帶負(fù)電荷，通過靜電自組裝可實現(xiàn)兩者交替沉積在羧甲基棉織物上，經(jīng)還原后制備CS/RGO棉織物。此外，帶正電的聚乙烯亞胺（PEI)、硅烷偶聯(lián)劑（KH550)和牛血清白蛋白（BSA)也常用來自組裝氧化石墨烯[18-20]。這種方法對于制備石墨烯和其他聚合物復(fù)合紡織品提供了的新的思路，對纖維結(jié)構(gòu)和組分的控制較為容易，織物上的涂層可實現(xiàn)均勻覆蓋。

2.3 噴涂法

噴涂法是將石墨烯或者石墨烯和其他聚合物均勻分散液，利用噴涂設(shè)備將石墨烯/聚合物混合溶液噴涂到織物上，經(jīng)過還原可制得石墨烯復(fù)合織物。據(jù)報道，利用噴涂法可以制備具有三明治夾層的石墨烯復(fù)合織物，織物夾層結(jié)構(gòu)由內(nèi)水溶性聚氨酯（WPU)層、石墨烯/電氣石/WPU填充層、最外層WPU屏蔽層組成[21]。另外，石墨烯/聚氨酯復(fù)合油墨噴涂在棉織物上的焦耳加熱性能被調(diào)查，石墨烯含量的增加會對棉織物的熱性能起積極的作用，使其具有較高的穩(wěn)態(tài)溫度和較高的升溫速率[22]。噴涂法制備石墨烯基織物設(shè)備操作簡單，但是為保證石墨烯含量需要多次噴涂，且存在石墨烯在織物中分散不均勻的問題。

2.4 電泳沉積法

電泳沉積法是很重要的表面處理技術(shù)之一，它的工作原理是將帶電的膠體粒子在電場力作用下沉積在電極上，在紡織品涂層加工中應(yīng)用十分廣泛。陰極電泳沉積對應(yīng)于正電荷粒子沉積在負(fù)電極（陰極)上的過程，相反陽極電泳沉積對應(yīng)于負(fù)電荷粒子沉積在正電極（陽極)上的過程。通過對粒子表面電荷的修飾，可以實現(xiàn)上述兩種沉積模式的可調(diào)[23]。石墨烯一般呈現(xiàn)電中性，可用硝酸鎂對石墨烯進(jìn)行改性，從而使其帶有正電遷移到陰極沉積下來，或者使帶負(fù)電的氧化石墨烯在陽極沉積下來。Liu[24]等將氧化石墨烯利用電泳沉積法沉積到無紡布上，制作了一種具有獨特焊接網(wǎng)絡(luò)和夾層結(jié)構(gòu)的無紡布多尺度復(fù)合材料，氧化石墨烯作為覆蓋在非織造布焊接網(wǎng)絡(luò)上的“角質(zhì)層”，使類似泡沫的非織造布能夠組裝成夾層結(jié)構(gòu)。電泳沉積法具有獨特的優(yōu)勢，首先，由于外加電場力的存在為粒子提供了驅(qū)動力，使這種方法更有效和更穩(wěn)定；其次，沉積基板的結(jié)構(gòu)靈活，可以任意形狀設(shè)計，而且只需簡單調(diào)整沉積時間和施加的電位，便可輕易調(diào)整沉積膜的厚度和形態(tài)。但是通常來說，這種方法需要先對織物進(jìn)行一定預(yù)處理，使織物帶某種電荷。

2.5 共混紡絲法

共混紡絲法將石墨烯納米顆粒與聚合物熔體或溶液直接混合，然后通過濕紡、靜電紡或者熔體紡進(jìn)行紡絲制成石墨烯共混纖維，加工溫度低、生產(chǎn)速度快是其固有優(yōu)勢，適用于工業(yè)生產(chǎn)。在借助聚乙烯吡咯烷酮分散石墨烯的條件下，和聚乙烯醇（PVA)通過靜電紡絲制備了石墨烯共混纖維，其楊氏模量得到了大幅度的提升[25]。近年來，又出現(xiàn)了以醋酸纖維素作為生物聚合物，氧化石墨烯作為石墨烯原料，1-丁基-3-甲基咪唑氯化銨作為離子液體，首次電紡制備了CA-[BMIM]Cl-GO納米纖維，然后利用環(huán)境條件下的肼蒸汽將 CA-[BMIM]Cl-GO納米纖維轉(zhuǎn)化為還原氧化石墨烯納米纖維的相關(guān)報導(dǎo)，以提高混合納米纖維的導(dǎo)電性[26]。另外，將石墨烯量子點（CGQDs)簡單地添加到紡絲溶液中，可以大大提高電紡碳納米纖維織物的強(qiáng)度和靈活性。這是由于豐富的含氧官能團(tuán)使CGQDs在碳化過程中成為聚丙烯腈（PAN)分子的交聯(lián)劑，使碳納米纖維具有致密、堅固、柔韌的碳骨架[27]。然而，向聚合物中加入石墨烯納米粒子，容易使原料變得黏稠，使其難以分散，造成粒子分布不均勻。這種方法未實現(xiàn)纖維上石墨烯全覆蓋，會造成導(dǎo)電通路不連續(xù)，導(dǎo)電性能較差，而且還可能出現(xiàn)石墨烯納米顆粒與聚合物結(jié)合力較弱，存在脆性斷裂等潛在問題。

2.6 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法可以使織物表面生長出石墨烯薄膜，也可直接制備出純石墨烯織物。目前，利用化學(xué)氣相沉積法制備純石墨烯織物時，常用銅網(wǎng)作為基底，在上面沉積石墨烯，利用化學(xué)試劑去除銅網(wǎng)后即可。Wang[28]等利用銅網(wǎng)為基底，在銅網(wǎng)上沉積石墨烯，然后用FeCl3和HCl混合溶液將銅網(wǎng)腐蝕掉，被用來做織物傳感器，具有良好靈敏度和高可逆性，可用來探測人體的微小尺度變化。但是這種方法對設(shè)備和環(huán)境要求極高，存在價格高昂、原料利用率低的缺陷。

2.7 其它方法

除此之外，真空過濾、絲網(wǎng)印刷和電化學(xué)沉積等也用于制備石墨烯基紡織品。Liang[29]等通過真空過濾法制備了石墨烯/絲復(fù)合薄膜，兩側(cè)具有不同形態(tài)，一側(cè)多孔，另一側(cè)致密，這種獨特的結(jié)構(gòu)使其適合于電化學(xué)活性納米顆粒和生物分子的固定化。Song[30]等通過氧化石墨烯分散體與WPU的溶液混合，制備了氧化石墨烯/WPU復(fù)合膏體用于印花，對印花漿料進(jìn)行干燥、UV固化，制備出功能性棉織物。Liu[31]等先在棉纖維上化學(xué)沉積鎳然后電化學(xué)沉積還原性氧化石墨烯，首次報道了低成本的“石墨烯/金屬紡織”復(fù)合電極的開發(fā)，這種層次化的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)不僅為吸收還原性氧化石墨烯和其暴露于電解液創(chuàng)造條件，而且允許石墨烯和鎳表面之間進(jìn)行有效電荷傳輸。

3 石墨烯在紡織上的應(yīng)用

3.1 導(dǎo)電紡織品

一般傳統(tǒng)紡織品具有絕緣特質(zhì)，導(dǎo)電性能差，限制了紡織品在很多領(lǐng)域上的應(yīng)用。具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的石墨烯與紡織品結(jié)合，就可獲得導(dǎo)電紡織品，進(jìn)而用于柔性可穿戴電子器件或智能服裝等。Gizem[32]等將石墨烯納米粉體與特定漿料混合，用涂膜機(jī)在滌綸機(jī)織物涂覆石墨烯粉體，這種方法制得的織物石墨烯涂層厚度方便可控，電阻最低可達(dá)2.53×104Ω/sq，且具有優(yōu)異的耐磨損性能?？紤]到石墨烯不易分散，需要借助化學(xué)助劑，而化學(xué)助劑的除去需要高溫和化學(xué)處理的問題，Ehsan[8]等首次提出了分散石墨烯并低溫去除溶劑的方法，他們將石墨烯裝入含有丙酮和水的小瓶子中，先進(jìn)行超聲處理，然后離心取上清液用于織物涂覆，織物中所含溶劑在100℃干燥后即可去除，在提高織物導(dǎo)電性能的同時也為石墨烯分散問題提供了新的解決方案。

將氧化石墨烯用水合肼部分還原為石墨烯水溶膠，然后對玻璃纖維經(jīng)過反復(fù)的溶膠凝膠和浸漬涂層處理后，玻璃纖維完全被還原性氧化石墨烯涂層覆蓋，從而表現(xiàn)出較高的疏水性和導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性為24.9 S/cm，高于其他納米碳素包覆纖維和商用碳纖維[33]。Vahid[34]等將聚酯織物浸漬于氧化石墨烯水溶液中，然后利用SnCl2增加了石墨烯與纖維之間的附著力，此時SnCl2既作為交聯(lián)劑又作為還原劑使得氧化石墨烯變成還原性氧化石墨烯，所獲得織物最低電阻為3.5×103Ω/sq。碳碳結(jié)構(gòu)的不完整性使氧化石墨烯和還原性氧化石墨烯的導(dǎo)電性能大大降低，利用碳納米管、聚吡咯或者金屬納米顆粒（銅、鎳、銀等)與石墨烯協(xié)同作用可進(jìn)一步增加織物導(dǎo)電性[35-37]。

3.2 電加熱紡織品

目前，電熱材料因其從電能到熱能的可控性，已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，如電熱服裝、醫(yī)療器械用柔性加熱器等。大多數(shù)的研究基于使用不同的材料制造二維電熱薄膜，如金屬或金屬氧化物、納米銀?；蚣{米線、碳納米管和石墨烯[21]?？墒?，二維薄膜的制備工藝復(fù)雜且舒適性較差，石墨烯復(fù)合織物可以很好的解決上述問題。根據(jù)焦耳定律，織物的電加熱性能與織物被施加電壓以及織物的導(dǎo)電性能成正比。超快的電熱響應(yīng)、低的工作電壓和良好的柔性是評價電熱裝置效率的三個關(guān)鍵參數(shù)。單層石墨烯在30 V的電壓下，穩(wěn)態(tài)溫度可達(dá)到139℃。研究表明，考慮到單層石墨烯的電阻大約為0.159 KΩ/sq，雖然涂覆在比表面積大的織物上，電阻增大到0.59 KΩ/sq，但在30 V電壓下，織物的穩(wěn)態(tài)溫度仍可達(dá)到120℃[38]。在棉織物上構(gòu)建了雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為聚氨酯石墨烯層，外層為氧化石墨烯層，在12 V外加電壓下，雙層棉織物的穩(wěn)定溫度就可達(dá)到162.6℃，比沒有氧化石墨烯層的棉織物增加了133.3%[22]。一般來說，戶外服、冷庫工作服、潛水服等防寒保暖服裝加熱溫度在40℃左右，才能保證人體的舒適性。在醫(yī)療應(yīng)用中，如熱敷治療，衣服的溫度通常在55℃左右。上述報道的石墨烯基電加熱織物，只要給予其合適的電壓，均具有做防寒保暖服裝和醫(yī)療用服裝的潛力。

3.3 電磁屏蔽紡織品

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，給人們的生活帶來了極大便利的同時，也導(dǎo)致了嚴(yán)重的電磁污染。眾所周知，高頻電磁輻射和電磁干擾不僅威脅著人類的健康和安全，也給軍事和民用設(shè)施帶來嚴(yán)重的問題。輕質(zhì)和柔性的織物，與高導(dǎo)電性的二維材料石墨烯結(jié)合無疑是很好的選擇，目前也成為研究熱點之一。Islam[39]等在棉織物上引入氧化石墨烯，用綠色還原劑抗壞血酸還原，棉織物在 X波段（30 MHz～1530 MHz)的EMI SE在26dB-35dB范圍內(nèi)。Mei[40]等在柔性非織造布引入石墨烯和聚偏氟乙烯納米復(fù)合材料制得的CEF-NF/GE/PVDF薄膜織物的電磁屏蔽性能可達(dá)48.5 dB，比電磁屏蔽最大可達(dá)1731.40 dB cm2g-1。Liu[24]等通過對石墨烯復(fù)合織物結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計，0.5 mm厚復(fù)合織物具有65 dB的優(yōu)異屏蔽性能，比電磁屏蔽性能更是高達(dá)23103.4 dB cm2g-1。目前用石墨烯制備的電磁屏蔽織物，已經(jīng)可以滿足商用級應(yīng)用（SET＞20dB)和軍用領(lǐng)域應(yīng)用（SET＞30dB)的要求[41-42]。

3.4 織物傳感器

可穿戴柔性設(shè)備，特別是應(yīng)變傳感器，因其在人體健康監(jiān)測、儲能、人機(jī)接口、環(huán)境檢測等諸多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注[43]?；谑┑膽?yīng)變傳感器利用新的機(jī)制，包括重疊元件間的斷開、裂紋擴(kuò)展和隧道效應(yīng)等，大大提高了傳感器的靈敏度[44]。表1列出了近幾年來，幾種高性能石墨烯基織物傳感器用于人體檢測的相關(guān)報道。另外石墨烯基織物還可以用來檢測溫度[45]、復(fù)合材料損傷[46]、壓力[47]、NO2[48]、葡萄糖和H2O2[29]等。

表1 石墨烯應(yīng)變傳感器的性能

圖2 石墨烯基阻燃織物[18]

3.5 阻燃紡織品

通常來說，傳統(tǒng)紡織品的阻燃性能很差，特別是一些纖維素纖維和蛋白質(zhì)纖維，如常見的棉、麻和絲等。紡織品可以很容易被點燃，釋放濃煙，并迅速引發(fā)火災(zāi)，這種紡織品固有的可燃性將會給財產(chǎn)和人的生命帶來巨大的威脅。與鹵素阻燃劑和有機(jī)磷阻燃劑相比，石墨烯已被證明是一種高效的綠色阻燃劑，石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)可以作為強(qiáng)大的物理屏障，有利于隔離氧、延遲傳熱以及防止熱解產(chǎn)物逸出，進(jìn)而起到阻燃的目的[16]。Wang[18]等在棉織物上組裝的PGO基多層膜降低了HRR和THR值，促進(jìn)了燃燒過程中棉織物的炭化達(dá)到阻燃效果，并對阻燃機(jī)理予以很好的解釋：一方面，氧化石墨烯具有較大的層狀結(jié)構(gòu)，可以有效隔離氧和揮發(fā)性易燃?xì)怏w的滲透，從而降低放熱率；另一方面，磷的存在在燃燒過程中的催化炭化作用中起著重要的作用，可以顯著促進(jìn)殘?zhí)康男纬桑M(jìn)而阻止氧和熱解產(chǎn)物的滲透（圖2)。Ji[53-54]等先后兩次利用石墨烯制備出了阻燃絲織物，第一次將19.5%wt氧化石墨烯進(jìn)行沉積制備的功能性絲織物，極限氧指數(shù)為43.5%，比真絲織物高81.25%，且火焰去除后，5 s后火焰熄滅；第二次的研究主要是優(yōu)化了氧化石墨烯涂層工藝，結(jié)果表明，氧化石墨烯濃度為2.0 g/L，涂布時間為40 min，涂布溫度為70℃，氧化石墨烯分散體的pH在3.0左右，效果最佳。

3.6 導(dǎo)熱紡織品

石墨烯是一種理想的導(dǎo)熱材料，它的二維結(jié)構(gòu)和共軛π-π電子共軛有利于導(dǎo)熱。石墨烯具有高比表面積，可在織物上形成熱傳導(dǎo)路徑，減少界面聲子散射，降低界面熱阻[55]。導(dǎo)熱路徑有利于傳遞摩擦過程中產(chǎn)生的熱量，從而降低復(fù)合材料的熱磨損。Zhao[56]等采用還原氧化石墨烯為整理劑，用硫醇-烯鍵化學(xué)法成功制備了吸濕、排汗和導(dǎo)熱聚酯織物。Yang[57]等將石墨烯和碳納米管同時涂覆在竹織物上，其最大的導(dǎo)熱系數(shù)為0.136 w/m·k，獲得織物的導(dǎo)熱性能比原始竹織物提高了178%～196%。

3.7 紫外線防護(hù)紡織品

紡織品受陽光中的紫外線作用后，可能導(dǎo)致紡織品顏色發(fā)黃，機(jī)械強(qiáng)度降低。因此，紡織品的防紫外線整理也是十分重要的。石墨烯是通過紫外吸收和紫外反射兩種作用屏蔽紫外線的，石墨烯在281nm左右出現(xiàn)吸收峰，因此可以吸收波長小于281nm的紫外線，而對于波長大于281nm的紫外線，具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯主要通過反射來屏蔽[58]。紫外線阻隔效果通常用UPF來表示，UPF越大，材料的阻隔效果越好。

真絲織物由于色氨酸和酪氨酸殘基的自由基光氧化作用吸收陽光中的紫外線，導(dǎo)致黃色產(chǎn)物的形成使織物變黃。石墨烯改性絲織物的UPF一般隨石墨烯含量增加而增加，且據(jù)相關(guān)報道，其UPF可達(dá)到50+，具有相當(dāng)優(yōu)異的紫外線阻隔性能[17]。用石墨烯沉積在棉織物上，其UPF可由7.8增加到442.69，且經(jīng)10次洗滌后，紫外防護(hù)性能幾乎沒有變化[59]。石墨烯改性滌綸織物的報道也相繼出現(xiàn)。B.Ouadil[60]等調(diào)查了氧化石墨烯、石墨烯、石墨烯/Ag對滌綸織物紫外防護(hù)性能的影響，三者對織物的紫外防護(hù)性能都起積極作用，防護(hù)效果排序為氧化石墨烯＜石墨烯＜石墨烯/Ag。Kale[61]等將石墨烯/TiO2引入到滌綸織物上，其 UPF可達(dá)148.19，是原始織物的3.5倍左右，這種性能經(jīng)洗滌處理后仍能保持。另外，Song[30]等利用絲網(wǎng)印刷制備的石墨烯/WPU織物，UPF更是高達(dá)757，是普通棉織物的98倍。

3.8 疏水紡織品

氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)賦予其親水性，但其中心部分是碳碳鍵賦予其疏水性，親水區(qū)域和疏水區(qū)域具有從邊緣到中心的分布特性，利用此種特性可以生產(chǎn)粘附型疏水性織物。Tissera[62]等在棉織物上沉積大量氧化石墨烯，氧化石墨烯沉積量越多，疏水性能越好，疏水角最大可達(dá)143°。將氧化石墨烯還原，使其碳碳結(jié)構(gòu)更加完整，可增加疏水性，另外與其他疏水性物質(zhì)結(jié)合可制備超疏水性織物。據(jù)相關(guān)報道，氧化石墨烯分散體浸軋-干法涂層經(jīng)化學(xué)還原后再與MTCS反應(yīng)，可將高度吸水的絕緣體棉織物轉(zhuǎn)化為具有超疏水性的紡織基基體導(dǎo)體[63]。Li[64]等直接在滌綸織物上沉積氧化石墨烯，在經(jīng)過一步法熱液還原，可將疏水角由47.42°提高到 160.85°。

3.9 光催化和抗菌紡織品

石墨烯及其衍生物已被證明可以用于制備光催化和抗菌紡織品。研究表明，氧化石墨烯的抗菌效果主要來自于以下兩個方面：首先，氧化石墨烯可產(chǎn)生活性氧，而氧化應(yīng)激可導(dǎo)致細(xì)菌失活；另外，氧化石墨烯納米片具有鋒利的邊緣和使其帶電負(fù)性的含氧官能團(tuán)，容易與細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)合并損傷細(xì)菌細(xì)胞壁[65]。先將雙組分棉/尼龍混紡織物進(jìn)行表面陽離子化，然后再浸入氧化石墨烯和CTAB的混合溶液中，獲得的織物可對大腸桿菌 （84.83%)、金黃色葡萄球菌 （100%)和銅綠假單胞菌（96.48%)等有十分優(yōu)異的抗菌效果[66]?；旒徔椢锉砻骊栯x子化處理后，可以吸附更多的氧化石墨烯；另外，CTAB作為一種陽離子表面活性劑具有很強(qiáng)的抗菌效果，有助于在處理后的織物上獲得更好的抗菌性能。Hu[67]等在棉織物上進(jìn)行了氧化石墨烯涂層鐵離子注入處理，處理后氧化石墨烯納米片表面形成鋸齒狀碎片，這種結(jié)構(gòu)為增加的抗菌性能做出了解釋。Pedrosa[68]等創(chuàng)新性地制備了無金屬光催化劑的聚合氮化碳（CN)與氧化石墨烯復(fù)合棉織物，所得涂層織物在可見光照射下對咖啡因和RhB具有良好的光催化降解的自清潔能力，歸因于催化劑表面積增加、氧化碳結(jié)構(gòu)促進(jìn)光學(xué)半導(dǎo)體分散、碳材料對光學(xué)半導(dǎo)體的光敏化和碳材料作為共吸附劑幾個方面的作用，且具有良好的穩(wěn)定性。另外，這種復(fù)合織物在可見光照射下對大腸桿菌的滅活比例為99.2%。

3.10 儲能紡織品

石墨烯復(fù)合織物用于儲能方面主要是制作電池電極和電容器，特別超級電容器，其具有高功率密度、充放電快速、循環(huán)壽命持久和運行安全穩(wěn)定等一系列特性，因此是極有前景的電池替代品。Lin[69]等在碳纖維布上通過電化學(xué)沉積了PANI，然后在外面又包裹石墨烯層，石墨烯層和聚苯胺顆粒的結(jié)合，不但可以提高電極的導(dǎo)電性，而且限制充放電過程中的體積變化，延長使用壽命。所制備的石墨烯包被織物具有良好的長期穩(wěn)定性，電容保持率為88.9%。Cheng[70]等制備的柔性織物電極，采用由鎳金屬骨架（Ni-MOF)和還原氧化石墨烯構(gòu)成的球形片狀球體結(jié)構(gòu)，這種球形片狀結(jié)構(gòu)改善了柔性RGO/Ni-MOF/金屬組構(gòu)電極（RNMEs)的電導(dǎo)率，提高了其電化學(xué)儲能性能。

3.11 其它應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)報道，石墨烯基紡織品的用途還有很多，比如用于染料、油以及有機(jī)溶劑吸附[20，71]、吸波[72]、循環(huán)腫瘤細(xì)胞分離[73]、遠(yuǎn)紅外輻射材料[74]和耐鹽太陽能吸收材料[75]等。此外，Zhang[76]等成功制備了PCL/PU/GNP共混復(fù)合材料，石墨烯在共混復(fù)合材料中形成了滲透網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這明顯影響了PCL組分的結(jié)晶行為和導(dǎo)電性能，其滲透閾值約為1.62wt%，使共混復(fù)合材料樣品具有良好的電驅(qū)動性能和紅外驅(qū)動性能，這使得材料具有許多潛在的應(yīng)用，如智能開關(guān)、機(jī)器人手和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

4 結(jié)語

紡織品具有柔性、輕質(zhì)和比表面積大等獨特優(yōu)勢，石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能等，將二者結(jié)合制備而成的石墨烯基紡織品屬功能性紡織品，可作為導(dǎo)電紡織品、電磁屏蔽紡織品、電加熱紡織品、織物傳感器、阻燃和導(dǎo)熱紡織品、疏水紡織品、紫外防護(hù)紡織品、抗菌和光催化紡織品，以及儲能紡織品等。因此，石墨烯基紡織品的應(yīng)用前景十分廣泛，如智能服裝、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑、工業(yè)，以及環(huán)境保護(hù)等方面。