在第八屆江蘇（盛澤）紡織品博覽會(huì)暨第二十一屆中國(guó)盛澤絲高看綢旅遊文化節舉辦之際，10月29日，2020國去他(guó)際先進(jìn)功能(火醫néng)性纖維時(shí)尚可持續著業高峰論壇在“絲綢古鎮、紡織名城、時(shí)尚之都(dōu)”——蘇州市吳信拿江區盛澤鎮拉開(kāi)帷幕。本次大會(huì)以“新活力 · 新動力光資 · 新潛力”為主題，以“國(guó)際性、前瞻性、導向(xiàng)性、時也女(shí)尚性”為基調，邀請行業人士共話功能(né問線ng)纖維創新，暢想纖維發(fā)展前景。

圖1 Konstantin Novoselov教授發(f鄉工ā)表視頻演講

2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得子道者、英國(guó)皇家科學(xué話體)院院士、英國(guó)國(guó)家石墨烯研章我究院首席科學(xué)家、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)榮譽從見教授、新加坡國(guó)立大學(xué)教授靜件Konstantin Novoselov發(fā)表了題為《石墨烯在智關長能(néng)紡織品中的應用》的視區林頻演講（圖 1），基于其多年來對(duì)石墨烯的研究成(chéng)果與也長經(jīng)驗，介紹了石墨烯的性能(néng)特點、制備方法及其笑門在柔性電子和智能(néng)紡織品中的應用實例。

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又體構（圖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(村銀hǎo)的導電導熱性、優異的柔性強度…制相…石墨烯集合了上述所有優點于一體。石墨烯的相關性能(néng)使其具有前景雪關廣闊的應用領域，例如複合材料、薄膜、柔性電子、能(nén討做g)源、生物應用等，其中很多相關應用均已面(miàn一工)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門員，但這(zhè)種(zhǒng)方式并不具有可訊說持續性，而且從石墨中提取的石墨烯可控性較差。随後(hòu)，Konsta房視ntin Novoselov教授的研究團隊發(fā)明購歌了更多分離石墨烯的新方法，根據預算多少、對(duì)成(ché年到ng)品質量的需求，可以采用不同方法進(jìn)行大規模生産。例如采用生術自上而下的液相剝離法（LPE），這(zhè)種(zhǒng)方法綠街和機械剝離有異曲同工之處，通過(guò)破壞石墨層與層之間的範德華東物力來制備石墨烯。另一種(zhǒng)方法是歌生化學(xué)氣相沉積法（CVD），即利用含碳化合物作為碳源，通過(gu照土ò)其在基體表面(miàn)的高和廠溫分解生長(cháng)出石墨報她烯；此外還(hái)有許多其他車飛的制備方法。這(zhè)些大規模生産制備方法的研發(fā)舞書成(chéng)功，使石墨烯在電子、複合材料、能(néng)源和火友生物等現代技術領域的應用越來越多樣(yàng)化有這。

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)展路徑十分相照志像，首先研究人員將(jiāng)其作為複合材料應用在運動産品中，從章匠而使專業人員發(fā)揮出高水準表現，例如輕量化網球拍。2017年，理查雨什德米勒（Richard Mille）攜手McLaren打造了一款世界上最輕（中國32g）、最昂貴的手表，運用石墨年中烯材料和極盡镂空的部件，實現了空前的超輕重量，價值100萬法郎（圖 3靜南）。

圖 3  Richard Mille攜手McLaren打造錢妹了世界上最輕、最昂貴的手表

同時(shí)，Konstantin No司紙voselov研究團隊與英國(guó)音地汽車制造商合作，生産了一款世界上最輕、時(shí)速快、造價高的算頻汽車（圖 4），其中采用了石墨烯基複合材料作為車身。選擇采用石墨烯的原因學文不僅僅因為其材料的高強度，或是其可以減輕車身重量，還(hái)答聽因為石墨烯成(chéng)品的高導熱性能(néng)可以加快零件散熱的速率近也。幾年前，有一半的福特車型引擎蓋下的組件采用了與石墨烯混合的泡沫材料，然票金而最初的意外決定，使研究人員發(fā)現了空石墨烯材料可以提升汽車引擎的降噪性能(n在媽éng)。

圖 4  Konstantin Novosel費生ov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去資)其他材料的熱傳導率，因此被(bèi)廣泛應用于熱量管和現控領域，可用于手機或其他新的應用中，例如華為公司就(jiù)看中舊藍了石墨烯優異的熱量傳導管控性能(néng)，并加以應用。

近日，Konstantin Novoselov研究團隊開(kāi)始研究相視石墨烯的光電子應用，其中最具前景的應用是光電探測器。它是由石墨烯與量子點電荷事離傳感器制成(chéng)的，通過(guò)對(duì)量子點施加一定光壓，可見樂感應到(dào)電荷的存在；加入石內雨墨烯可以快速地與其他組件相集成(chéng)，并具有高感應度。同時頻城(shí)，石墨烯與不同組件相集書現成(chéng)的複合材料可以用在自動駕駛領域，具有廣闊應用前景。開民

近期，矽光子技術越來越多地應用在電訊領域。通過(gu吧河ò)研究發(fā)現，12μm的圈環可店地以大大提升信号傳輸速度，并可制作成(日開chéng)不同的器件，其中石墨烯發(fā)揮著(zhe)舉足輕重作空的作用，其高載流子遷移率可大大提升無線電信号的速度。目前，基于相會資位調制器的電訊裝置已經(jīng)面(miàn)世，并被(bèi)可友世界上諸多領先企業投入試驗使用。

此外，石墨烯還(hái)可用于生物學(xué)中的生物傳感應用領域，通黃遠過(guò)對(duì)表面(miàn能近)進(jìn)行石墨烯改性處理，使其可以感應特定情景；也可以鍊接了林基本的石墨烯材料以抵抗病毒（圖5），這(zhè)點對(duì)于低呢疫情肆虐的當下尤為重要。

圖 5  鍊接石墨烯材料以抵抗病毒

石墨烯如何應用（三）？

聚焦石墨烯在智能(néng)紡織品上的應用

Konstantin Novoselo可國v研究團隊加大了石墨烯相關領域的研究力度，并將(jiā火高ng)相關研究成(chéng)果應用在智能不術(néng)紡織品或個人防護裝備上。

石墨烯可應用于打印RFID标簽以及紡織品上，其具有多資和種(zhǒng)存在形式，如石墨烯粉末、石墨烯懸浮液或石墨烯導電漿料等，用睡很來制作各種(zhǒng)各樣(yà和國ng)的電子配件。應用于可打印的RFID标簽時(shí)，通過(guò如服)采用石墨烯導電漿料打印出的H型标簽或UH妹信型标簽均有不俗表現，但很難使用其他二維材料打藍化印出這(zhè)種(zhǒng)類型的标簽（圖6）。

圖 6  可打印的RFID标簽友靜

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，減少了傳統鋁蝕刻她章所造成(chéng)的浪費；使材料成(chéng)音動本和技術成(chéng)本最小煙件化。基于此，已經(jīng)有企業開(kāi)始生産綠色環保的石墨烯RF靜師ID标簽（圖7）。不需要使用太多設備生煙，不會(huì)産生過(guò)多材料浪麗子費，隻需要使用很少量的石墨烯導電漿料，再次彰顯了該是物項技術的價格合理性以及生态友好(hǎo)性。山校

圖 7 企業生産綠色環保的石墨烯RFID标簽

除此之外，還(hái)有許多其他的應用站事可能(néng)性，RFID應用中需要在電子标簽中集成(chéng)傳感火年器，如溫度傳感器、濕度傳感器、電傳現低感器、壓力傳感器、磁感應傳感器等；并且可嘗試使用改性傳頻機感器，集成(chéng)不同的信号，傳導不同的結通場果。

例如采用了石墨烯改性紗線制成(chéng)面(秒拍miàn)料，使其可以感知溫度。石墨烯材料具有穩定性，可用于成(chéng)書快衣使用或可穿戴服裝中。Konstantin Novoselov研究團隊做了場錢一項實驗，將(jiāng)吹風機置于石墨烯RFID标簽的上方使其升溫為商，雖然沒(méi)有和電腦相連，僅僅放在電腦旁邊就(jiù)可以將(看討jiāng)相關溫度信息傳輸到(dào)電腦上（圖 8）；將(jiāng)低得手指放在标簽上面(miàn)，可以良好(hǎo)地感知到(dào)溫度的升公金降；說(shuō)明了石墨烯RFID标簽優良筆少的傳感性能(néng)。

圖 8  將(jiāng玩的)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和能)結合應用方式：

（1）可采用還(hái)原氧化石墨烯溶液對(duì)纖維進(jìn)行風車改性浸塗處理，烘幹後(hòu)可得到(d相快ào)石墨烯改性纖維；對(duì)紗線如熱進(jìn)行石墨烯塗層處理後(hòu)，獲得的功能(néng)性紗線可用于相化傳感器或是連接傳導。

（2）在面(miàn)料表面(miàn)笑美直接塗覆，之後(hòu)通過(guò)軋壓工藝強化塗層，工藝的選擇主要腦師取決于最終的應用領域。這(zhè)兩(可這liǎng)個方式均可以用于如智能(néng)紡織産品的章熱傳感器、可穿戴電池或RFID标簽上，起樹自(qǐ)到(dào)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）裡門，例如將(jiāng)傳感器放置在衣服的不同位置，當軀幹彎曲時(shí)，技國傳感器輸出的曲線也會(huì)随之發(fā)生變化，因兵就此可以輕松地根據曲線判斷阻力所發(fā)生的變化，依此衡量活動中他來胳膊或肘部的阻力大小。傳感器可以感知的阻力到知變化範圍高達10%，這(zhè)種(z多黃hǒng)方式遠比電子器件衡量機笑法更舒适；并且水洗後(hòu)的傳感器測試結果并沒(méi)有太化生大變化。

圖9  石墨烯傳感器還(hái)可以感應風微到(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，這外雪(zhè)就(jiù)意味著(zhe)明是這(zhè)些點之間不同尋常的帶隙能(néng)賦予它與衆不同的哥購電子性質，石墨烯帶隙所具有的特性可以更好(hǎo)地為會亮大家所用。例如，當測量石墨烯的光學(x服照ué)特性時(shí)，它具有非常寬的光吸收頻譜，這(zh師雪è)一特性尤為重要，由于泡利阻塞原理，石墨烯的帶間躍遷道了被(bèi)阻止；此時(shí)石墨烯的光子帶易于飽和說睡，光子能(néng)夠無損耗地相東通過(guò)，即使在非飽和狀态石墨看線烯也可以改變空間入射光的反射系數以及材料的吸收特性，這(zhè)一點通常會(物員huì)應用在紡織品生産中。首先在背面(miàn)塗有導電塗層的織物表見中面(miàn)沉積多層石墨烯，在石墨烯層和導電塗層站上施加電壓後(hòu)，導電塗層中的電解質電離出的離子經(jīng拿制)過(guò)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門暗、碰撞，從而改變織物的反射性能(néng)，并由此改變其表面妹錯(miàn)溫度。同時(shí)，由于石墨烯很有的柔軟特性，可以輕松地將(jiāng)其彎折。當使用紅外攝像關白機測量溫度時(shí)，不施加電壓時(s門場hí)卻測量到(dào)了溫度表現；而當施加電壓時(shí)，其表觀溫醫她度不是實際的溫度，并且實際溫度不随表觀溫度的變化而改變美行。

如何將(jiāng)石墨烯與面(miàn)料相結合？

由于石墨烯是晶體結構，不能(néng)直接拉扯，因能師此可生産具有彈力的面(miàn)料，資醫先將(jiāng)面(miàn)料拉伸開(k公哥āi)，随後(hòu)將(jiāng)石墨烯附在綠麗面(miàn)料表面(miàn)，石墨烯十分柔軟，可直接按壓；當拉伸數日面(miàn)料時(shí)，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)改變電極的排道有布，通以不同大小的電壓，賦予不同的性能(né年友ng)，應用于服裝上具有快速改變穿戴者表觀溫度的功能(né也月ng)；并且相關變化隻能(néng)通過(guò)紅外設備車月才能(néng)看到(dào)不同波長(兵電cháng)所傳遞的信息，可以將(jiāng)這白美(zhè)項新技術應用在保密通信領域，煙工隻能(néng)在特定環境如紅外攝像頭下才可藍費以讀取相關消息（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)用于紡織品領域之中，相關機草的需求將(jiāng)出現增長(ch明很áng)。任何新的應用都(dōu)需要研究如何對(duì)石嗎火墨烯進(jìn)行改性處理，如何使其滿足功能女習(néng)化應用，因此相關的配方和生産工藝需要同步升級。同時(shí)，一些市哥其他的二維晶體材料也開(kāi)始進(jìn)入市場，如作為傳感器進(jìn)城慢行使用等。Konstantin Novosel火離ov教授認為前景最好(hǎo)的應用領域為可穿戴電家小子器件、傳感器、可穿戴電池以及互連線等。