在第八屆江蘇（盛澤）紡織品博覽會(huì)暨第二十一屆中國(guó)盛澤絲們從綢旅遊文化節舉辦之際，10月29日，2020國(guó)際房地先進(jìn)功能(néng)性纖維時(shí)明北尚可持續高峰論壇在“絲綢古鎮、紡織名城、時(shí)尚之都(dōu作分)”——蘇州市吳江區盛澤鎮拉開(kāi)帷幕。本次大會(huì)以“了司新活力 · 新動力 · 新潛力”為主題，以“國(guó)際性、前瞻性、導向店個(xiàng)性、時(shí)尚性”為基調，邀請行業人士共話功能(néng請農)纖維創新，暢想纖維發(fā)展視內前景。

圖1 Konstantin Novoselov教授發(fā)表視頻演講

2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得制理者、英國(guó)皇家科學(xué行農)院院士、英國(guó)國(guó)家石墨烯研究院首席科學(xué)家、英國(多見guó)曼徹斯特大學(xué)榮譽教授、新加坡國(guó車著)立大學(xué)教授Konstantin Novoselov發(fā)民秒表了題為《石墨烯在智能(néng)紡織品中的西上應用》的視頻演講（圖 1），基于其多年來對(du我兒ì)石墨烯的研究成(chéng)果與經(j章森īng)驗，介紹了石墨烯的性能(néng)我雨特點、制備方法及其在柔性電子和智能(néng)紡織品中的應用實例村低。

什麼(me)是石墨烯？

聚焦石墨烯的性能(néng)特點及制備方法

石墨烯的結構是碳原子緊密堆積而成(chéng)的單層二維蜂窩狀晶格結構（圖件睡2），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(hǎ低裡o)的導電導熱性、優異的柔性強度……石墨烯集合了上述所有兒城優點于一體。石墨烯的相關性能(néng)使其具有前景廣闊的應用領域，例如複光不合材料、薄膜、柔性電子、能(néng)源、生物應用等，其中很多相關應用吃森均已面(miàn)市。

圖 2  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(duì)石墨采取機械剝離法，兵在但這(zhè)種(zhǒng)方式并不具有可持續性，而且從石墨中提這場取的石墨烯可控性較差。随後(hòu)，Konstantin Novoselov學兒教授的研究團隊發(fā)明了更多分離石墨烯的新方法，根據預算多少、對(duì市微)成(chéng)品質量的需求，可以采用不同方法進(jìn)行大規模生産。哥少例如采用自上而下的液相剝離法（LPE），這(zhè)種你錯(zhǒng)方法和機械剝離有異曲同工之處，通過(guò)破壞石墨層與層些市之間的範德華力來制備石墨烯。另一種(zhǒng費讀)方法是化學(xué)氣相沉積法（CVD），即利用道是含碳化合物作為碳源，通過(guò)其在基體表頻你面(miàn)的高溫分解生長(cháng)出黃風石墨烯；此外還(hái)有許多其他的制備方法。這(zhè)些大規模鐘相生産制備方法的研發(fā)成(chéng)功，使都的石墨烯在電子、複合材料、能(néng)源和生物等現代技術領域的應事光用越來越多樣(yàng)化。

石墨烯如何應用（一）？

聚焦石墨烯複合材料的應用案例

石墨烯的發(fā)展路徑與碳纖維、碳納米管的發(fā)展資音路徑十分相像，首先研究人員將(jiāng)其作為你術複合材料應用在運動産品中，從而輛紅使專業人員發(fā)揮出高水準表現，例如輕量化網球拍。2017年，理查那煙德米勒（Richard Mille）攜手睡雪McLaren打造了一款世界上最輕（32g）、最昂貴的手表，件黑運用石墨烯材料和極盡镂空的部件，實現了空前的超可匠輕重量，價值100萬法郎（圖 3）。

圖 3  Richard光新 Mille攜手McLaren打造了科中世界上最輕、最昂貴的手表

同時(shí)，Konstantin Novoselov研究團隊與英老她國(guó)汽車制造商合作，生産了一款金動世界上最輕、時(shí)速快、造價高的汽車（圖 4），其中采用了石墨烯基下從複合材料作為車身。選擇采用石墨烯的原因不僅僅因為其材料的高強度，或是其可以減輕音跳車身重量，還(hái)因為石墨烯成(雜唱chéng)品的高導熱性能(néng)可以加快零件散熱的紙業速率。幾年前，有一半的福特車型引擎蓋下的組件采用了與石墨花用烯混合的泡沫材料，然而最初的意外決定，使研究人員發(fā)現石墨中火烯材料可以提升汽車引擎的降噪性慢有能(néng)。

圖 4  Konstantin No小書voselov研究團隊與英國(guó)汽車制造商合作生産的汽車

石墨烯如何應用（二）？

聚焦石墨烯在跨界領域的科技應用

石墨烯的熱傳導率高達1000 W/（m · K)，遠超過(guò)其他材線些料的熱傳導率，因此被(bèi)廣泛應用于熱量管控領域，可用于手機或其他新的應用了內中，例如華為公司就(jiù)看中了石墨烯優異少喝的熱量傳導管控性能(néng)，并加以應用。

近日，Konstantin Novos睡們elov研究團隊開(kāi)始研究石墨烯的光電子線西應用，其中最具前景的應用是光電探測器白員。它是由石墨烯與量子點電荷傳感器制成(ché自也ng)的，通過(guò)對(duì)量子點施加一定光壓，可音可感應到(dào)電荷的存在；加入好做石墨烯可以快速地與其他組件相集成(chéng)，并具有高感應度。同時(s湖劇hí)，石墨烯與不同組件相集成(chéng)的複合討化材料可以用在自動駕駛領域，具有廣闊應用黑是前景。

近期，矽光子技術越來越多地應用在電訊領域。通過(guò著熱)研究發(fā)現，12μm的圈環可以大大提升信号傳輸速度，并可制唱土作成(chéng)不同的器件，其中石墨烯發(fā)揮花子著(zhe)舉足輕重的作用，其高載流子遷移率可大大提升無線電信号的街醫速度。目前，基于相位調制器的電訊時就裝置已經(jīng)面(miàn)世，并被(bèi)世界上諸多去喝領先企業投入試驗使用。

此外，石墨烯還(hái)可用于生物學(xué)中的生物傳弟能感應用領域，通過(guò)對(duì)表面(miàn)進(jìn)討門行石墨烯改性處理，使其可以感應醫兒特定情景；也可以鍊接基本的石墨風些烯材料以抵抗病毒（圖5），這(zhè)點對(duì)的雜于疫情肆虐的當下尤為重要。

圖 5  鍊接石墨烯但聽材料以抵抗病毒

石墨烯如何應用（三）？

聚焦石墨烯在智能(néng)紡織品人雨上的應用

Konstantin Novoselov研究紅姐團隊加大了石墨烯相關領域的研究力度，并將(購就jiāng)相關研究成(chéng)果應用在朋在智能(néng)紡織品或個人防護裝備上。

石墨烯可應用于打印RFID标簽以及紡月水織品上，其具有多種(zhǒng)存鄉窗在形式，如石墨烯粉末、石墨烯懸浮液或就火石墨烯導電漿料等，用來制作各種(zhǒn媽新g)各樣(yàng)的電子配件。應用于可打吧吃印的RFID标簽時(shí)，通過(guò)采用石墨烯導電關醫漿料打印出的H型标簽或UH型标簽均有不俗表現，但很難使用什去其他二維材料打印出這(zhè)種(zhǒng)類型的什畫标簽（圖6）。

圖 6  可打印的RFID标簽

為什麼(me)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商民刷在紙張上，無需其他操作；

（2）技術具有生态環保性；

（3）該材料具有良好(hǎo)的刀術柔韌性；

（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(站外chéng)的浪費；使材料成(ché門花ng)本和技術成(chéng)本最小化。基于此，已經(jīng)有企業開(呢雪kāi)始生産綠色環保的石墨烯RFID标簽（圖7）。件數不需要使用太多設備，不會(huì)産生店訊過(guò)多材料浪費，隻需要使用很少量的石墨烯導電漿料，再次彰顯了該項技話事術的價格合理性以及生态友好(hǎo)性。

圖 7 企業生産綠色環保的石墨烯RFID标簽

除此之外，還(hái)有許多其他的應用可能(néng)性，訊人RFID應用中需要在電子标簽中集成(chéng)傳感器，通離如溫度傳感器、濕度傳感器、電傳感器、壓力傳感話高器、磁感應傳感器等；并且可嘗試使用改性傳感器，集成(chéng)不同要遠的信号，傳導不同的結果。

例如采用了石墨烯改性紗線制成(chéng)面(miàn)料，使其可以感白照知溫度。石墨烯材料具有穩定性，可用于成(c務刀héng)衣使用或可穿戴服裝中。Konstantin Novose男西lov研究團隊做了一項實驗，將(jiāng)吹風機置于石墨烯RFID水話标簽的上方使其升溫，雖然沒(méi)有和電腦相連，僅僅放低妹在電腦旁邊就(jiù)可以將(jiāng)相關都會溫度信息傳輸到(dào)電腦上（圖 8）；將(jiāng)手指放在信開标簽上面(miàn)，可以良好(h看件ǎo)地感知到(dào)溫度的升降；說(shuō)明了石墨烯RF東車ID标簽優良的傳感性能(néng)。

圖 8  將(jiāng)計上吹風機置于石墨烯RFID标簽的上方使其升溫

石墨烯與紡織品還(hái)可以如何結合應用？

一般有兩(liǎng)種(zhǒng)結合應用方式：

（1）可采用還(hái)原氧化石墨烯溶液對的又(duì)纖維進(jìn)行改性浸塗處理，烘幹後(hòu)可能女得到(dào)石墨烯改性纖維；對(duì)紗線進(jìn)行石墨烯塗層處理後(下商hòu)，獲得的功能(néng)性紗線可用于傳感雜懂器或是連接傳導。

（2）在面(miàn)料表面(miàn)直接塗覆，之後(hòu工市)通過(guò)軋壓工藝強化塗層，工藝的選擇主要取決于最終的應用領域。這(z月山hè)兩(liǎng)個方式均可以用于如智能(néng)紡織産品的傳感器、兵工可穿戴電池或RFID标簽上，起(qǐ)到(dà山亮o)連接作用。

此外，運用石墨烯傳感器還(hái)可以感應到(dào)壓力變化（圖 9），樹司例如將(jiāng)傳感器放置在衣服的不同位置，當軀幹彎如做曲時(shí)，傳感器輸出的曲線也會高麗(huì)随之發(fā)生變化，因此可以輕松地根據曲線判斷阻力我西所發(fā)生的變化，依此衡量活動中胳膊體校或肘部的阻力大小。傳感器可以感知的阻力變化範圍高達話我10%，這(zhè)種(zhǒng)方式遠比電子器件衡量法東用更舒适；并且水洗後(hòu)的傳感器測試結就飛果并沒(méi)有太大變化。

圖9  石墨烯傳感器還(hái)船匠可以感應到(dào)壓力變化

石墨烯有什麼(me)特别之處呢？

石墨烯是零帶隙半金屬材料，這(zhè)就(jiù)意味話這著(zhe)這(zhè)些點之間不拿近同尋常的帶隙能(néng)賦予它與衆不同的電子性質，石墨烯帶隙所具有的特性都筆可以更好(hǎo)地為大家所用。例很廠如，當測量石墨烯的光學(xué)特性醫用時(shí)，它具有非常寬的光吸收頻譜，這(zhè)一特性尤為重要東雨，由于泡利阻塞原理，石墨烯的帶間躍遷被(bèi)阻止；此時(sh亮站í)石墨烯的光子帶易于飽和，光子能費話(néng)夠無損耗地通過(guò)，即使花黃在非飽和狀态石墨烯也可以改變空間入射光的反射系數以及材費有料的吸收特性，這(zhè)一點通你子常會(huì)應用在紡織品生産音媽中。首先在背面(miàn)塗有導電塗層一服的織物表面(miàn)沉積多層石墨烯，在石墨烯層和導電塗拿東層施加電壓後(hòu)，導電塗層中的電解質電拿議離出的離子經(jīng)過(guò)有拿織物可逆地進(jìn)入石墨烯層中，使得石墨烯的分子團相互摩擦、作票碰撞，從而改變織物的反射性能(néng)，并由此改變其表面(miàn)車鄉溫度。同時(shí)，由于石墨烯的柔軟特性，可以輕松人道地將(jiāng)其彎折。當使用紅外攝像機測量兒個溫度時(shí)，不施加電壓時(shí)卻測量到(dào)了溫度表現；而當施日中加電壓時(shí)，其表觀溫度不是實際的溫度，并且實際溫度不随表觀溫度的作微變化而改變。

如何將(jiāng)石墨烯與面(坐裡miàn)料相結合？

由于石墨烯是晶體結構，不能(néng)直接拉扯，因此可生産具有彈討雪力的面(miàn)料，先將(ji現兒āng)面(miàn)料拉伸開(kāi)，随離有後(hòu)將(jiāng)石墨烯附在面(miàn)料表面(小高miàn)，石墨烯十分柔軟，可直接按壓；當拉伸面(miàn)料時(sh匠舞í)，表觀溫度也随之變化（圖10）。

圖10  石墨烯與面(miàn)料相結合

因此，相關材質可以用在一些更複雜的應用上，通過(guò)花金改變電極的排布，通以不同大小的電壓，賦予不同的性能(néng)，應用于他自服裝上具有快速改變穿戴者表觀溫度的功能(néng)；并且相關員房變化隻能(néng)通過(guò)紅外設備才能(n男電éng)看到(dào)不同波長(chán作那g)所傳遞的信息，可以將(jiāng女湖)這(zhè)項新技術應用在保密通信領域，隻能(néng工要)在特定環境如紅外攝像頭下才可以讀取相關冷離消息（圖11）。

圖11  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(jīng)用于和可紡織品領域之中，相關的需求將(jiāng相購)出現增長(cháng)。任何新的應用都(dōu)需要研究如何對(影民duì)石墨烯進(jìn)行改性處理，如何使從河其滿足功能(néng)化應用，因此相關的配方和生産聽林工藝需要同步升級。同時(shí)，一些其他的二維晶體材料也開(kāi)始進(j山熱ìn)入市場，如作為傳感器進(jìn)行使用等。Konstantin 畫的Novoselov教授認為前景最好(hǎo)的應用領域為可穿畫匠戴電子器件、傳感器、可穿戴電池以及互連線等。