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纳米家属添新宠 纺织面料又一村——2017年“石墨烯发展及其在纺织中应用探讨”扫描
   2017年7月11日,恰逢荷花点点,蝉鸣声声的仲夏时节。由上海市纺织工程学会棉纺织专业委员会和学术部联合召开的2017年“石墨烯发展及其在纺织上的应用探讨”会在纺织工程学会会议室举行,来自棉纺织、印染、毛麻、德福伦、新纺织等专家学者近20人参加研讨会。共同听取由上海纺织(集团)有限公司技术部教授级高工阎均先生作的“石墨烯发展及其在纺织上的应用探讨”。研讨会由棉纺织专业委员会主任奚文源主持。奚主任简明扼要谈了这次石墨烯专题研讨会是今年新春团拜会研讨的续篇。阎高工通过几个月的精心准备,对石墨烯这个纳米家属中的新宠和大家作一个详细介绍。

接着,阎高工结合他制作的PPT,胸有成竹地向大家一一道来。他的讲座共分五个部分:

第一部分是石墨烯的概论。阎高工开门见山谈了什么是石墨烯,它是从石墨材料中剥离出来的二维晶体,是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种纳米材料,被称为“黑金”是单层、双层和多层石墨烯的总称。它是由2004年英国曼彻斯特大学科学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫最早用机械剥法发现单层石墨烯。两人因在石墨烯方面卓越工作被授予2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯的制备方法有六种,即微机械剥离法;氧化还原法;Sic外延生长法;化学气相沉积法;电化学还原法和石墨插层剥离法。阎高工对每种方法都作具体图解说明。

石墨烯的特点是透明度高,导电系数高,比表面积大,导热系数大,电子迁移率高,因此它应用范围十分广泛,包括电动汽车、航天航室、军事装备、薄膜太阳能电池、触摸面板、超强结构材料、抗静电塑料、特种橡胶、散热薄膜、移动电子、能源管理等领域。现在全球石墨烯综合发展实力排名前三位的国家分别是美国、日本和中国。

第二部分是介绍石墨烯复合纺织品的制备技术。其中又细分为四个方面:一是石墨烯与纺织材料复合包括与纱线、面料进行复合赋予产品的特殊功能;二是石墨烯共混纤维,与化学纤维进行混纺丝来开发一系列产品;三是石墨烯碳纤维,用大块的氧化石墨烯为基本原材料,纺织出强韧的碳纤维;四是石墨烯智能纺织品,即石墨烯薄片或石墨烯构成电回路主元件,开发智能纺织品。阎高工分别用一些具体实例加以说明和点评。上海工程技术大学辛斌杰教授课题组研究“石墨烯直接浸轧法”,不仅纹理效果较好,对织物物理性能损伤较小,而且操作简单,适宜大批量工业化生产。安徽理工大学王艳芬、南京航天航空大学的李斌斌等采用喷涂法,这种方法简单易行,操作方便,相比于直接浸扎法,可以明显减少原材料用量,降低生产成本。因此,在新型纺织产品开发中大量应用,在石墨烯功能纺织品开发及其相关领域应用中也有广阔前景。中国科学院上海应用物理研究所李景烨等采用交联剂改性处理方法,这个方法操作简单,成本低廉,且石墨烯用量较少,可适用于大规模工业化生产。江南大学王潮霞等采用紫外线固话方法。这种方法应用于石墨烯功能纺织品整理中操作简单,效率较高,且处理过程中无需添加还原剂和化学助剂,低碳环保,应用前景良好。

第三部分是石墨烯纺织的性能研究。阎高工用了大量实物数据、曲线图、直方图等对石墨烯复合材料制备示例、微观结构的变化、傅里叶红外光谱分析、热学性能分析、力学性能分析、导电性能分析、抗紫外性能分析、对远红外性能的影响、对抗菌性能的影响等方面进行分析比较有理有据,数字翔实。

第四部分是石墨烯纺织性能的研究。阎高工讲了青岛大学曲丽君教授团队采用HUMMERS方法制备了氧化石墨烯,利用氢氧化纳涤液将其还原制得石墨烯,再将石墨烯水分散液与黏胶纺丝原液纺成功制备了不同石墨烯含量的石墨烯复合纤维,然后再分别测量石墨烯含量多少对粘胶强力、对纤维阻燃性能和防紫外性能的影响。

第五部分是石墨烯纺织品应用搜索。阎高工谈了七个方面的看法:一是石墨烯共混黏胶纤维制成的袜品。这种产品抑菌率达到90%以上,具有超强抗菌抑菌特性,轻松除臭;导湿透气性号,保持皮肤干燥;低温远红外性能,加强足部血液循环,调节新陈代谢,疏通经络,增加机体免疫能力。二是石墨烯共混粘胶纤维织成的内衣。远红外作用可以缓解关节炎,可对肩用关节做特殊加护,保持皮肤干爽,护腰暖宫,除菌消炎,祛除异味。三是石墨烯共混涤纶纤维制成床上用品,抑菌除螨,轻柔舒适,保暖透气。四是石墨烯功能防护织品,远红外护肩,护腰带,服装等,抗菌医用织物,阻燃服装,提高阻燃及热防护性能。五是石墨烯户外纺织品,优异的抗紫外性能可以做遮阳帐篷等,优异的抗远红外射率可以做睡袋等,阻燃性能强可做野营炊具等。六是石墨烯的智能化纺织品,柔性石墨烯纤维可做超细导电纤维可形成纺织面料电路,可机洗,易维护。七是石墨烯智能土工布,利用石墨烯涂层方法生产导电土工布用于垃圾填埋,采矿设施等漏液栓测领域,可检测土工织物巾低至1MM的孔隙渗漏,可节约20%-40%的成本。

将近2个小时的研讨中,主讲人一气呵成,听讲者津津乐道,大量的图片资料充分说明了阎高工对石墨烯的研究,有他自己的独到之处。学术部副部长冯宪高工听了也深有感触,他的即兴发言表达了与会者的一致心声:专委会对科技创新要有敏感性,阎高工的研究新颖性和专业性都很强,对石墨烯这款新材料的关注、研究很有价值。科技创新年轻人要关注,白发人也要关注,石墨烯要与穿戴相结合,开发出柔软高档的纺织服装。从这个意义上讲我们感到很自豪,我们所研究的课题跟得上科技发展的步伐,结合纺织的实际发出声,头脑在上,研发须光。

研讨会在大家一片掌声中降下帷幕,有些还不解渴的专家学者留下来继续与阎高工作探讨。

来源:棉纺织专委会 陈云达
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