石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，被稱為“新材料之王”。作為具優(yōu)異性能和獨特結構的新型碳材料—石墨烯在眾多科學領域的被廣泛關注和應用。近幾年，石墨烯在紡織領域得到較為廣泛的應用，逐漸成為紡織纖維領域的研究熱點，特別是功能性紡織品的研究中也得到了諸多應用。本文主要介紹了新型石墨烯復合纖維與石墨烯紡織品的制備方法，石墨烯紡織品的性能及其發(fā)展趨勢。

1、石墨烯復合纖維和石墨烯織物的制備方法

目前石墨烯復合纖維有兩種常用的方法：原位聚合和物理共混。石墨烯織物根據(jù)紡絲方法的不同分為熔融紡絲法、溶液紡絲法、靜電紡絲法等多種方法。

石墨烯紡織品在導電、防輻射、防紫外、遠紅外、特電磁屏蔽等領域有巨大的應用前景。目前，石墨烯紡織品的制備方法主要包括直接制備法和后整理法。曲麗君課題組對石墨烯織物的制備方法做了系統(tǒng)地綜述，主要介紹了直接浸軋法、噴涂法、復配液整理法、交聯(lián)改性法、紫外光固化法等。各種制備方法之間存在很大的差異，整理效果也是各不相同。

直接浸軋法不僅整理效果較好，對織物損傷也較小，而且操作方法簡單，適用于批量較大的的工業(yè)化生產(chǎn)。噴涂法比直接浸軋法簡單易行，操作簡便，原材料用量明顯減少，大大降低了生產(chǎn)成本，因此，在新型紡織產(chǎn)品研發(fā)中有比較廣泛的應用。

復配液整理法是指將含有石墨烯的紡織整理液，通過物理或化學的方法對紡織品進行整理，得到功能性紡織品，如何制備得到分散性和穩(wěn)定性良好的石墨烯復配液，保證石墨烯和有機物基體之間的相容性是此方法的關鍵。

交聯(lián)劑改性處理是利用氧化石墨烯的架橋作用，與其他線型分子通過化學鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀物質(zhì)，促進大分子官能基團之間的結合，賦予面料新的功能，此法操作簡單，氧化石墨烯用量較少，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

紫外光固化法是織物表面的氧化石墨烯在紫外光照射下發(fā)生輻射聚合、輻射交聯(lián)和輻射接枝等一系列反應，然后通過紫外光的固化還原作用，使其完全還原，得到石墨烯改性織物，這個方法操作簡單，高效，低溫，反應快，并且整理過程無還原劑和化學助劑，低碳環(huán)保，具有較好的應用前景。隨著對石墨烯材料在紡織品整理領域研究的深入，新的改性方法不斷涌現(xiàn)，層層自組裝法、電泳沉積法、原位化學聚合法、染色法、CMOS法等方法也逐漸被報道。

靖江墨烯科技有限公司在現(xiàn)有的研發(fā)基礎上，疑結提出微納兩級聯(lián)合制備法，賦予材料獨特的微納米階層結構并將使石墨烯功能材料的性能最優(yōu)化。

2、石墨烯織物的優(yōu)異性能

近年來，隨著對石墨烯不斷的深入研究，石墨烯在紡織領域也獲得到了廣泛的研究應用，特別是在功能紡織品研究方面展現(xiàn)出勃勃生機，其導熱性、抗菌性、導電性、遠紅外性能、防紫外性能及電磁屏蔽性能得到廣泛認可，各種功能性紡織品也不斷涌現(xiàn)在消費者面前。

2.1 導熱性能

石墨烯具有極高導熱系，近年來被提倡用于散熱等方面，單層石墨烯的導熱系數(shù)可達5300W/mK，甚至有研究表明其導熱系數(shù)高達6600W/mK。與純石墨烯相比，氧石墨烯的導熱導率相對較低（0.14～2.87W/mK），其導熱系數(shù)與氧化石墨被氧化程度密切相關。ABBAS等人采用石墨烯的樹脂溶分散液作為整理劑，對織物進行整理，結果表明，石墨烯/樹脂溶液對織物傳熱性能較碳納米管/納米氮化硼樹脂溶液有改善的明顯，能夠大幅度提高織物的導熱系數(shù)。曲麗君課題組以聚乙烯醇為分散液，通過氫鍵層層自組裝方法將氧化石墨烯整理到棉織物上，對其進行表面改性，經(jīng)石墨烯改性處理后，棉織物的導熱系數(shù)明顯提高，并且，隨著石墨烯/聚乙烯醇整理次數(shù)的增加，棉織物的導熱系數(shù)也不斷增大，導熱性能不斷提升。

2.2 抗菌性

石墨烯、氧化石墨烯具有優(yōu)異的抗菌性能，以其作為整理劑對面積進行整理，即可得到抗菌織物。石墨烯基本沒有細胞毒性，相對于傳統(tǒng)的抗菌整理劑，因此石墨烯更適合與人體皮膚直接接觸。但是，由于石墨烯和氧化石墨烯獨特的結構，與紡織品之間缺乏親和力，因此很難通過傳統(tǒng)方法將石墨烯及其氧化物處理到紡織品上。氧化石墨烯抗菌棉織物目前的制備方法主要有輻射引發(fā)交聯(lián)、直接吸附、化學交聯(lián)三種不同的方法，通過這三種方法制備的氧化石墨烯抗菌織物的抗菌率均大于98%，并且具有較高耐水洗性。

2.3 導電性

石墨烯結構非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結構使碳原子具有優(yōu)秀的導電性。石墨烯的這種優(yōu)良的導電性能應用到紡織品上得到優(yōu)異的抗靜電或者導電織物。例如將滌綸織物浸泡于氧化石墨烯的溶液中，經(jīng)還原后得到的改性滌綸織物的導電性能明顯改善，并且其各項電化學性能較未整理的滌綸織物有很大的改善。孟娜等人利用石墨烯完美的大π鍵共軛體系及其單層原子厚度的優(yōu)異結構，以層層自組裝的方法制備了石墨烯改性粘膠織物，隨著石墨烯在粘膠織物表面自組裝層數(shù)的不斷增加，織物的電阻值逐漸減小，當石墨烯自組裝層數(shù)達到12層時，石墨烯改性粘膠織物的電阻值趨于穩(wěn)定，其電學性能達到最佳狀態(tài)。

2.5 防紫外線性能

曲麗君課題組對石墨烯整理棉織物的防紫外線性能做了深入研究。他們采用復配液整理法（石墨烯/聚氨酯水溶性復配液）對棉織物進行改性整理，采用水溶性聚氨酯為黏合劑，通過傳統(tǒng)的軋-烘-焙工藝，對棉織物表面進行改性整理。曲麗君課題組利用氧化石墨烯和殼聚糖分子間靜電作用力采用，通過層層自組裝工藝對棉織物進行表面改性處理。通過這兩種方法得到的石墨烯改性棉織物展現(xiàn)出了優(yōu)異的防紫外線性能，經(jīng)檢測，其紫外線防護系數(shù)UPF值均達到國家標準要求。

2.6 電磁屏蔽性能

石墨烯改性織物的電磁屏蔽性能也逐漸成為紡織領域的研究熱點。張松林等人改進了Hummers方法制備氧化石墨烯的工藝，并采用浸蘸式層層組裝整理工藝直接在棉織物表面制備氧化石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化銨鹽酸鹽（GO/PDDA）多層整理膜，經(jīng)測試，隨著GO/PDDA多層膜沉積層數(shù)的增加，棉織物電磁屏蔽性能也不斷提升。當GO/PDDA多層膜自組裝層數(shù)達到15時，改性棉織物的電磁屏蔽效能達到3.16dB，試驗結果表明，經(jīng)石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化銨鹽酸鹽改性處理的棉織物能夠屏蔽52%的電磁波。

3、展望

本文綜述了石墨烯復合纖維與石墨烯織物的制備方法，概括了石墨烯改性織物的優(yōu)異性能。綜上所述，石墨烯的加入為織物賦予了優(yōu)異的性能，開辟了其在紡織領域的應用。