成果简介
本文，斯特拉斯堡大学研究人员提出一种环保且经济高效的方法生产高度分散的薄层的石墨烯，使用karaya胶作为一种生物启发剥离剂。合成后的石墨烯水溶液可以通过浸涂或刷涂轻松地涂在棉布上，由于涂胶后的石墨烯片与棉布基体表面的官能团之间的相互作用。所制备的织物复合材料显示出高机械稳定性，锚固性和高电导率，使其成为在相对大量的技术应用中的极佳候选材料。 本研究主要探讨经激光后处理之棉织物复合材料作为平面加热元件或电子纺织电路之潜力。利用激光束，可以实现石墨烯导电线的局部石墨化或局部刻蚀，形成具有不同电阻的导电区域，可以作为柔性集成电路。除了轻质导电电路外，石墨烯涂层棉织物还可用于其他技术应用，即作为柔性无金属标记物或红外屏蔽物，或用作保护敏感设备或防止火焰蔓延的不燃屏障。这项技术使人们能够开辟一条新的途径，以开发日常生活中连接的、具有低碳足迹影响的附加值灵活的电子纺织设备。
图文导读
图1. EG剥离的过程示意图
图2.代表性的SEM显微照片
图3.（A）表面电阻率和（B）电导率与涂层周期，FLG载荷和热处理温度的关系。
（C）由FLG @棉布（13 cm×13 cm）组成的用于热性能测量的设备的数码照片：T，用于记录温度的平面热电偶；E，铜电极；FLG @ CC ，在200°C的温度下处理1小时后，用4 wt％的FLG涂覆的棉布。
（D）响应表面温度随施加电压的变化。（E）所产生的比功率是所施加电压的函数。
图4.（A）具有一系列未涂覆的平行条的FLG /树脂/ CC织物的数码照片，（B）由顶部的FLG /树脂/ CC织物和未涂覆的CC织物组成的组件的数码照片，在20 V的施加电压下，它起着掩膜的作用，并且标记的（C，D）对应的热图像是加热持续时间的函数。为清晰起见，在方框中标记了未涂层区域。
图5.（A）未涂层和FLG涂层手套
（B）FLIR图像，然后在80°C热处理15分钟。实验在26°C的环境温度下进行。可以在带有FLG涂层的手套上清楚地看到热辐射，该手套显示橙色的热色（左），而不是未涂层的亮黄色（右）。
（C）FLG @ glove的FLIR图像
（D）在热辐射方面几乎相差4°C的未涂层手套。
图6.（A）原始FLG /棉复合材料，平均表面电阻为50±5Ω。
（B）具有三个正方形区域的相同FLG /棉复合材料，通过激光烧蚀蚀刻后，与未处理区域相比，电阻值无穷大。
（C）在经过不同时间的激光图案化和石墨化处理后，在FLG @ CC 上产生的具有降低电阻的不同连接器的数码照片。
（D）图案化和局部石墨化后，同一FLG @ CC的数码照片，用于以较高的横向分辨率修改不同区域的电阻。
图7.（A）与直接火焰接触的不同材料的燃烧行为的数码照片。CC：未经处理的原始棉布；CC-400°C-Ar：在氩气流下于400°C热处理1h后的棉布；FLG @ CC-400 °C-Ar：棉布在氩气下于400°C热处理1 h，然后在FLG水溶液中两次浸涂浸渍，并在每次干燥后于150°C烘干30分钟浸渍。
（B）FLG @ CC-400 °C-Ar 的易燃性示例与钉在旁边的原始未涂层棉布相比，后者易燃，在接触火焰后可稳定燃烧几秒钟。
小结
合成了具有高稳定性和导电率可调的FLG装饰棉织物作为柔性表面加热器的柔性复合材料。该复合材料在加热和关机过程中表现出很高的热响应和稳定性，证实了其在电子纺织品领域具有很高的应用潜力。FLG优异的电学和热学特性以及高纠缠度，即使在低输入功率（小的外加电压）下也能提供快速响应、稳定性和高表面温度。合成的复合材料还可以有效地用作民用和军用固定或移动源的无金属热标记。在单面涂有不同电阻值和连接度的完整柔性电子电路FLG@棉花布料采用激光刻印和局部石墨化处理，不会损坏下方的棉布基材。低成本生产和观察到的高性能使法兰@CC与市场上使用银或金属纳米粒子的织物相比，织物复合材料具有竞争力。
结果表明，在棉布上涂覆薄层FLG是一种低成本、低电压、高弹性、高弹性的加热器。这些复合材料可进一步应用于其他领域，如轻质/高性能无金属红外反射器，以减少红外辐射对周围环境的热损失。最后，在经过热处理的棉布上涂上石墨烯层，即使在与火焰长时间接触后，也能有效地防止复合材料的燃烧，这使得这种复合材料非常有兴趣用作防火屏障，以保护敏感结构或人员免受火焰传播的伤害。目前正在研究将这种复合材料用作双表面材料，即涂有石墨烯层的亲水性棉纤维作为吸热材料，用于海水淡化过程，或作为具有高度粗糙表面和长期稳定性的石墨烯涂层聚合物纤维，用作电过滤器，具有高热开/关触发系统，用于捕捉和灭活生物，如病毒或细菌。
文献：
Cotton Fabrics Coated with Few-Layer Graphene as Highly Responsive Surface Heaters and Integrated Lightweight Electronic-Textile Circuits
Housseinou Ba*, Lai Truong-Phuoc, Vasiliki Papaefthimiou, Christophe Sutter, Sergey Pronkin, Armel Bahouka, Yannick Lafue, Lam Nguyen-Dinh, Giuliano Giambastiani*, and Cuong Pham-Huu*
Cite this: ACS Appl. Nano Mater. 2020, XXXX, XXX, XXX-XXX
Publication Date:August 31, 2020
https://doi.org/10.1021/acsanm.0c01861
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