石墨烯纺织品的特点范文第1篇

关键词：石墨烯；石墨烯复合纤维；导电率；机械性能

中图分类号： TQ127.1+1 文献标志码：A

The Development and Application of Graphene Composite Fiber

Abstract： Graphene and related composite materials have become a popular research topic. Up to now， a lot of efforts have been made to investigating the potential applications of graphene composite materials in such fields as energy-storing materials， conversion equipment， sensor and conducting wire. Graphene composite fiber outperforms multi-dimensional materials such as graphene-based aerosol and graphene composite membrane in terms of mechanical properties and conductivity. Moreover， graphene fiber can be curved， knotted， or even woven into flexible conductive fabric. The paper introduces main production methods， properties and applications of graphene fiber and anticipates its future development.

Key words： graphene； graphene composite fiber； electrical conductivity； mechanical property

1 前言

石墨烯是从石墨中剥离出来的只有 1 层原子厚度的二维晶体，厚度约为0.34 nm。继1985年C60（富勒烯）和1991年碳纳米管的首次报道后，2004年石墨烯的发现再次推动了人们对碳元素纳米材料的研究。研究表明，石墨烯具有非凡的机械性能、导电性能、热学性能以及光学性能。为了将石墨烯的这些优异性能进行实际应用，人们研发了三维石墨烯泡沫、二维石墨烯薄膜和一维的石墨烯复合纤维。然而，石墨烯复合纤维的特性以及制备方法还未被全面的介绍，不同制备方法与纤维性能之间的关系仍需讨论。

本文主要对石墨烯复合纤维的特点、制备方法及应用进行了系统论述，并探讨了不同制备方法对石墨烯复合纤维性能的影响。本文同时介绍了近年来石墨烯复合纤维的一些代表性应用，也对其潜在的研究与发展前景进行了展望。

2 石墨烯复合纤维

石墨烯复合纤维材料大致分为 3 类：石墨烯-聚合物复合纤维材料、石墨烯-无机金属复合纤维材料和石墨烯-无机非金属复合纤维材料。表 1 为石墨烯复合纤维的几种制备方法及其对应纤维的力学性能和导电性能。

2.1 石墨烯-聚合物复合纤维

鲍桥梁等人利用静电纺丝技术将共轭有机分子修饰的石墨烯与聚乙烯醇（PVA）混纺得到石墨烯复合纤维（图1）。随着石墨烯的加入，纤维的拉伸强度从3.45 MPa提高到了12.39 MPa，且纤维的吸光度提高了约10倍。

高超等人提出了“液晶自构模板”的方法，将石墨烯与超支化聚缩水甘油醚（HPG）结合得到了超高拉伸强度的仿贝壳纤维。该仿贝壳纤维展现出了可观的拉伸强度（652 MPa），约为贝壳的 5 ～ 8 倍。同时还提出了新的“倒置”策略，利用湿法纺丝自组装将石墨烯与聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）结合再次制备了仿贝壳纤维（图 2）。该仿贝壳纤维的拉伸强度（500 MPa）是贝壳的 3 ～ 4 倍。

Akihiko Tanioka等人将氧化石墨烯加入到聚丙烯腈（PAN）纺丝液中，利用静电纺丝的方法制得石墨烯/PAN复合纤维。纺丝过程中，氧化石墨烯沿着纤维轴向排列分布。当氧化石墨烯的含量为0.5%时，所得复合纤维的导电率最高，为165 S/cm。

2.2 石墨烯-无机金属复合纤维

Sang Su Yoon等人利用湿法纺丝将大片的石墨烯（56±20）μm与纳米银颗粒结合起来制备了石墨烯/纳米银复合纤维（图 3）。这种复合纤维的导电率高达15 800 S/cm。而且这种复合纤维很容易被剪断粘附在柔性基底上，将被广泛应用于纤维型电极材料、纤维型晶体管、纤维型电容器等领域。

高超等人利用类似的方法制备了石墨烯/纳米银复合纤维。他们同样采用湿法纺丝的方法将氧化石墨烯与纳米银颗粒混纺，然后用氢碘酸还原，得到的复合纤维的导电率为930 S/cm。

曲良体等人利用电化学沉积的方法在石墨烯纤维的外层电沉积MnO2颗粒，得到复合纤维（图 4）。这种多层结构复合纤维制备的纤维型电容器展现出了较强的电化学电容器特性。

2.3 石墨烯-无机非金属复合纤维

刘杰等人直接将未功能化的多壁碳纳米管分散到氧化石墨烯溶液中进行湿法纺丝，然后还原得到石墨烯/碳纳米管（CNTs）复合纤维。CNTs的加入使得石墨烯纤维的拉伸强度从193.3 MPa增加到385.7 MPa，导电率从53.3 S/cm增加到210.7 S/cm。同时，石墨烯/CNTs复合纤维用于线形超级电容时大大提高了其比电容和能量密度，在石墨烯基电极材料领域有较好的发展前景。

邹祖炜等人也利用湿法纺丝将碳纳米管薄膜包覆在还原氧化石墨烯的外层，得到石墨烯/CNTs复合纤维。CNTs的加入使石墨烯纤维的强度和导电率分别增加了22%和49%。

曲良体等人以Fe3O4为催化剂用化学气相沉淀（CVD）的方法将CNTs直接生长在石墨烯纤维的表面，得到石墨烯/CNTs复合纤维。除了可以用作织物超级电容器外，石墨烯/CNTs复合纤维还可以被应用到更多的领域，如催化、分离和吸附材料。

3 石墨烯复合纤维的应用

由于石墨烯复合纤维具有柔性较好，质轻，导电性能、热学性能优异等优点，因此被广泛应用于各个领域。根据近年文献，其应用主要集中在如下几个方面。

3.1 生物医用材料

2013年，Nadnudda Rodthongkum和Nipapan Ruecha等人利用静电纺丝构建了一种新颖的高灵敏度的用来检测多巴胺的电化学系统。他们在丝网印刷碳电极的表面修饰了一层石墨烯/聚苯胺/聚苯乙烯复合纤维。在最优条件下，多巴胺的检测量可以达到0.05 nM。另外，这种电极系统具有非常宽的动力学范围：0.1 nM ～ 100 μM。

3.2 储能材料（超级电容器）

Robert A. W. Dryfe等人用电泳沉积的方法在碳纤维的表面沉积石墨烯碳纳米管复合层，得到石墨烯-碳纳米管/碳纤维（G-CNT/CC）复合纤维（图 5）。所得电极的比电容（151 F/g）是纯石墨烯纤维电极（58.8 F/g）的2.5倍，而且其能量密度（14.5 W・h/kg）也远高于纯石墨烯纤维电极（5.6 W・h/kg）。曲良体等人在石墨烯纤维表面沉积MnO2，将石墨烯纤维的比电容提高到了36 F/g。

3.3 导线

董泽琳等人以石墨烯复合纤维为导线织成导电织物；高超等人将石墨烯复合纤维作为LED晶体管的导线，同时还将纳米银与石墨烯混纺制得高导电率的石墨烯/纳米银复合纤维（导电率为930 S/cm）；彭慧胜等人从碳纳米管片中抽出碳纳米管阵列，沿着轴向堆叠，加入氧化石墨烯溶液，最后将混合物扭曲得到石墨烯/CNT复合纤维。

3.4 光催化

高孟春等人在氧化石墨烯的乙醇溶液中加入硝酸铟、聚乙二醇和氧化二乙酰丙酮合钒制得纺丝液，静电纺后煅烧得到石墨烯/氧化钒铟（RGO/InVO4）复合纤维（图 6）。这种复合纤维表现出了很好的光催化性能。Bo-Hye Kim等人利用静电纺丝的方法得到含氧化石墨烯的聚合物纤维，经煅烧得到石墨烯/碳复合纤维，再将得到的纤维浸泡在含钛的氧化物溶液中，高温煅烧得到石墨烯复合纤维。

4 结语

各种石墨烯复合纤维层出不穷，制备方法也不尽相同。通过对这些复合材料的研究发现，复合纤维的制备方法对其拉伸强度和导电率有重要影响。其中，干法纺丝和湿法纺丝制得的复合纤维的拉伸强度明显比静电纺丝强。同时，通过对比同种样品的氧化石墨烯还原方式，发现相比于高温煅烧，HI酸还原更能保存石墨烯的优异性能。

尽管石墨烯复合纤维已经表现出很好的应用前景，但其制备工艺仍有待改进，以得到力学性能和导电性能优于单层石墨烯的材料。此外，目前对其光学和热学方面的研究还较少，相信在不久的将来性能更优异的石墨烯复合纤维将会问世，且其应用领域将得到进一步扩展。

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石墨烯纺织品的特点范文第2篇

关键词： 石墨烯；氧化石墨烯；抑菌率；纯棉织物

中图分类号：TS195.5 文献标志码：A

The Antibacterial Application of Graphene Oxide on Cotton Fabric

Abstract： In order to make the special antibacterial properties of graphene and cotton fiber combine effectively， the finishing process of graphene oxide on cotton was explored firstly. Then cotton fabrics combining graphene was obtained through reduction reaction. The method of bacteria culture was used to test the antibacterial properties. The dosage range of dipping temperature， dipping time， reduction temperature， concentration of reducing agent and graphene oxide were determined by single factor experiment. The orthogonal test was completed further to optimize the process. The results showed that the finished cotton fabrics had antimicrobial properties. The best antibacterial effect of cotton fabrics were achieved under the following condition： dipping at 60 ℃ for 100 minutes with graphene oxide of 5 g/L， insurance powder of 4 g/L and reducing at 100 ℃.

Key words： graphene； graphene oxide； antibacterial rate； cotton fabric

棉织物由于吸湿性良好，穿着舒适，在现代纺织及服饰应用中具有极高的认可度。但棉织物在潮湿温热的环境下极易滋生细菌，棉纤维中的糖分在适宜的条件下，甚至可作为微生物的营养物质，不仅会引起织物变色及机械性能损伤，还会威胁人体健康，可见阻碍和抑制微生物在织物储存和使用过程中的代谢和繁殖非常必要。

利用抗菌剂整理纺织品来抑制和杀灭有害细菌是制备抗菌织物的一个重要方法，但传统的抗菌剂，如抗生素、季铵盐等的长期使用使微生物产生了抗药性，而且有时对人体有毒副作用。2010年中国科学院上海应用物理研究所Hu W等人首次证实了石墨烯的抗菌性能，其能有效地抑制大肠杆菌的生长，并且细胞毒性小。Tu Yusong等人揭示了石墨烯破坏细菌细胞膜的机制。相比于传统的无机、有机抗菌剂，石墨烯基本没有细胞毒性，更适合与人体皮肤直接接触，但由于其特殊的结构难溶于水并与织物纤维结合。Zhao J M采用化学交联法，利用交联剂DE制备了石墨烯基抗菌棉织物。

本文探究以氧化石墨烯作为整理剂，利用氧化石墨烯上的羧基、羟基、羰基和环氧基与织物纤维结合，再通过还原得到稳固结合石墨烯的纯棉织物，借助石墨烯的抗菌性能，制备纯棉抗菌棉织物。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

材料：110 g/m2纯棉平纹织物（21×21 tex）；氯化钠、碳酸钠（天津市致远化学试剂有限公司），氧化石墨烯（天津博迪化工股份有限公司），渗透剂JFC（天津市永大化学试剂有限公司），营养琼脂（北京奥博星技术有限责任公司），氢氧化钠（天津市北方天医化学试剂厂），DH5α大肠杆菌菌液（南京大学）。

仪器：恒温培养振荡器（上海智诚分析仪器制造有限公司），恒温恒湿培养箱（上海森信实验仪器有限责任公司），高压蒸汽灭菌器（三洋电机株式会社），超净工作台（上海博讯实业有限公司），101-1型干燥箱（上海市实验仪器厂），HH-4数显恒温水浴锅（金坛市双捷实验仪器厂），JJ523BC型电子天平（江苏常熟市双杰测试仪器厂），电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特责任有限公司）。

1.2 试验方法

结合氧化石墨烯的结构特征，并根据棉纤维的基本结构，采用单因子变量法，以浸渍温度、浸渍时间、还原剂浓度、还原温度、氧化石墨烯浓度为变量，逐个验证不同变量因素对棉布布样抗菌性能的影响区间，最终利用正交试验确定最优工艺方案。

试验步骤：用电子天平称量棉布质量，按浴比量取蒸馏水，氧化石墨烯浓度为0 ～ 5.0 g/L，并添加碳酸钠、氯化钠各10 g/L，渗透剂JFC溶液 1 mL，用玻璃棒搅拌 5 min，再利用超声波分散仪分散10 min，然后将配制好整理液放入0 ～ 100 ℃的恒温水浴锅中。将纯棉布剪成10×10 cm的方形布样，将其润湿后完全浸渍到氧化石墨烯整理液中，布样在氧化石墨烯整理液中的浸渍时间设定为0 ～ 160 min，按照时间分段在不同时间节点依次将浸渍后棉布布样取出，水洗30 ～ 60 s，然后在60 ℃烘干，得到氧化石墨烯处理后棉织物。把烘干后的布样在0 ～ 100 ℃条件下，用保险粉还原液还原30 min，保险粉浓度为0 ～ 5.0 g/L，还原后水洗30 s，60 ℃下烘干，得到处理完成的还原氧化石墨烯棉布布样。

1.3 测试方法

按照GB/T 20944.3 ― 2008《纺织品 抗菌性能的评价第 3 部分：振荡法》，对试样进行抗菌性能测试。从待测试样中取出 3 块布样（10×20 cm），并且采用ECE无磷洗衣粉试验条件进行洗涤，将洗完之后的布样以及对照样剪成5×5 mm的大小布块，以0.7 ～ 0.8 g布样为一个试验单位，准备16份试样，同时准备试样的相应对照样和一个空白试样，用高温高压锅灭菌25 min。将试样加入到经过灭菌的500 mL的锥形瓶中，并加入70 mL的0.03 mol/L的PBS缓冲液。对锥形瓶试样进行零接触制样取样，记录每个平板的菌落数目。将已知浓度的菌液量取 5 mL移入到锥形瓶里面，盖好瓶塞，放入恒温恒湿振荡器里以150 r/min的转速震荡18 h。之后将其取出放到生物超净台，从每个锥形瓶中吸取 1 mL的试液，移入到经过灭菌的装有 9 mL PBS缓冲液（0.03 mol/L）的试管中，充分摇匀。按照10倍稀释法，将原菌液稀释。吸取 1 mL的稀释菌液，移入一次性培养皿中，将已经配好的营养琼脂培养基倒入到培养皿，每个试样菌液倒 3 个培养皿，将所有的培养皿放入恒温恒湿培养箱中培养。培养48 h后将其取出，选择菌落数在30 ～ 300 cfu/mL之间的培养皿进行查数记录。按照下列公式计算活菌数目：

式一中，K为每个试样锥形瓶中活菌的浓度（cfu/mL），Z为两个平行培养皿菌落的平均值（cfu/mL），R为稀释的倍数。

按照以下公式进一步确定试样抑菌率：

式二中，Y为试样的抑菌率，Wt对照试样锥形瓶内活菌浓度的平均值（cfu/mL），Qt为抗菌试样锥形瓶内活菌浓度的平均值（cfu/mL）。

2 试验结果与讨论

2.1 浸渍温度对棉布抗菌性的影响

氧化石墨烯浓度 4 g/L，将棉织物在不同温度下浸渍60 min，然后用 4 g/L的保险粉溶液对织物进行还原（pH值为10 ～ 11），还原温度80 ℃，还原后水洗、烘干，用细菌培养法测试织物抗菌性，结果见表 1。

由表 1 可知，随着浸渍温度的升高，试样的抑菌率逐渐提高，当浸渍温度达到90 ℃时，布样的抑菌率达到91%，呈现出较好的抗菌效果。浸渍温度越高，氧化石墨烯在水中的溶解度就越大，棉布单位面积结合的氧化石墨烯的量就越大，还原后抗菌性能越高。但当温度超过90 ℃时，织物抗菌性能并未随之提高，可能是温度过高时，氧化石墨烯在棉纤维表面的溶解状态会发生改变所致。

2.2 浸渍时间对棉布抗菌性的影响

在浸渍温度90 ℃，改变浸渍时间，其他条件同上的情况下，考察浸渍时间对棉织物抗菌性能的影响，结果见表 2。

由表 2 可知，随着试样浸渍氧化石墨烯整理液时间的增加，试样的抑菌率逐渐提高，但提高的速率逐渐放缓，在浸渍时间为100 min时，抑菌率最高，抗菌效果最强，同时随着时间的进一步提升，抑菌率并未随之提高，反而有所下降。这可能是因为当浸渍时间到达100 min时，氧化石墨烯在棉织物上的结合量已经达到饱和，继续延长浸渍时间，棉纤维单位面积结合的氧化石墨烯的量未增加，抗菌性能未发生改变。

2.3 还原温度对棉布抗菌性的影响

将棉织物浸渍90 ℃整理液100 min，然后用 4 g/L的保险粉溶液对织物在不同温度下进行还原，还原后水洗、烘干，测试织物的抗菌性，结果见表 3。

由表 3 可知，试样的还原温度越高，其抑菌率越高，当还原温度达到100 ℃时，试样样的抑菌率达到95%，呈现出较好的抗菌性能。还原温度越高，棉布表面结合的氧化石墨烯的还原就越彻底，还原后形成的石墨烯的量越多，所以抗菌性能提高。

2.4 保险粉浓度对棉布抗菌性的影响

设定还原温度100 ℃，调整保险粉浓度，其他参数不变，考察其对棉织物抗菌性能的影响，结果见表 4。

由表 4 可知，还原剂保险粉的浓度越高，试样的抑菌率越大，其抗菌性能越好，当保险粉浓度达到4.5 g/L时，棉布布样的抑菌率达到93%。还原温度越高，与布样结合的氧化石墨烯的还原反应越完全，还原后形成的石墨烯的量就越多，抑菌率越高。

2.5 氧化石墨烯浓度对棉布抗菌性的影响

石墨烯纺织品的特点范文第3篇

关键词：太阳能技术；家纺设计；可行性；新技术的应用

中图分类号：TS101.8 文献标志码：A

Application Prospect of Solar Energy Technology in Home-textiles Design

Abstract： This paper mainly described the current situation and development trends of solar home-textile products and explored the feasibility of applying of solar energy technology to home-textiles design.

Key words： solar energy technology； home-textiles design； feasibility； application of new technology

随着经济的发展，社会的进步，带给人们的不仅仅是生活水平的提高，还有环境污染、传统能源面临枯竭、全球气候变暖等一系列问题。当正在发展道路上飞速前进的人们注意到这个问题的时候，新能源、新技术、新材料便被广泛地运用到各个领域中。绿色生活、健康生活、低碳生活等等概念相继被提出，太阳能这种绿色能源相继被成功地运用到一些相关领域。在当今节能技术在家纺设计中应用接近空白的情况下，太阳能技术在这方面的应用前景非常广阔。

1 太阳能的优势及应用前景

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。现阶段的太阳能应用小到太阳能节能灯、太阳能LED灯、太阳能草坪灯、太阳能手电筒、太阳能收音机等，大到太阳能热水器、太阳能汽车、太阳能发电站等。那么，怎样将太阳能更加广泛地应用于人们的日常生活中，如家居生活，就是解决这个问题的关键。

2 国内外太阳能服装的现状

虽然太阳能技术在人们的日常生活中应用广泛，但是，纵观国内外，太阳能技术在服装中的应用并不多见。出现这种现象的原因大致是美观度不够和技术达不到服装设计的要求。但是，随着科技的发展，一些国家也陆续推出不同类型的太阳能服装，这些主要集中在充电、照明、发热等功能。英国研究人员戴维等人开发出太阳能衣服，它的关键材料是太阳能吸收纤维。其特点是在阳光照射下能吸收太阳能并储存起来，然后再转变成热能，慢慢释放出来。日本岐阜大学的研究人员发明了一种可贴在衣服上的薄型太阳能电池，通过电池吸收太阳的红外光来产生电能，这样就能为娱乐型服装附带的手机、MP3、笔记本电脑等的多媒体电子器件充电。2007年时装设计师候塞因·卡拉扬（Hussein Chalayan）秋冬，设计了LED发光管制成的裙子（图 1）。在我国，也有类似的服装出现，例如，德州学院的师生研制的集发光、保暖等功能于一体的太阳能服装。

3 太阳能技术在纺织品中的应用

当今纺织品的个性化、小批量、高精度、绿色环保、快速反应等已经成为时尚需要。越来越多的新技术被应用到纺织品的工业生产和染整印花中。随着绿色环保、低碳生活等相关词语越来越多的被人们提及，绿色纺织新技术也逐渐应用到家纺设计中。在印度，有些厂家将太阳能烘箱应用于丝绸涂料印花和低温焙固催化剂的固着。例如麻省理工学院研制的太阳能纺织品，可以覆盖在屋顶或墙壁上，从而生产环保能源。太阳能纺织品也可以像窗帘那样悬挂起来使用。

就目前现状来看，太阳能技术在纺织品行业还有很大的发展空间。不仅仅是将其应用于工业生产中，更多的是将太阳能技术融入人类的生活。

4 太阳能技术应用在家纺设计中的可行性与前景展望

太阳能作为一种用之不竭的可再生资源，已被人们广泛的利用。它不仅可以转化为电能和热能，还有一定的杀菌消毒作用，这些天然优势，正好可以应用在家纺设计中，不仅能够美化居室环境，净化空气，还能够有效节省资源。

目前利用晶硅电池储存被转化的电能，在太阳能的应用中占据主导地位。利用全钒氧化还原液流电池储存被转化的电能，这种电池具有规模大、寿命长、成本低、效率高、无毒无害特点。将太阳能电池板或是锂电池置于家纺产品中，可以达到储蓄电能、转换热能、USB充电等功能。若将太阳能技术运用于床单、被罩等近身的产品中时，尽可能的采用防辐射的面料。

CN3062只需要极少的元器件，并且符合USB总线技术规范，非常适合与便携式应用领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高时，将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为4.2 V，也可以通过一个外部的电阻调节（图 2）。

借助太阳光的热能，可以研发一种可以吸收并储存光热的地毯、床单、沙发垫等，这样，在采光好的客厅、卧室、阳台等地方放置这样的产品，白天可以吸收太阳光放射出来的热能，在夜晚，可以将白天吸收的热量释放出来，以达到保暖的作用，这种方法在寒冷的冬季具有极高的可行性。它不仅为人们的生活提供了便利，更能够有效地节省煤炭资源，更能节省一部分家庭供暖的开支。

利用太阳光能能转化为电能的原理，可以在有现代设计感的窗帘上装上太阳能电池板，或者直接在窗帘上装上一些太阳能LED灯或节能灯。这样，既节省了能源，又能使居室环境与众不同。

此外，在利用太阳光热能的同时还可以利用太阳光中紫外线的杀菌作用。居家用的纺织品，像是一些床上用品，都是和皮肤直接接触的东西。长时间接触皮肤会产生一些细菌，如若不及时更换极有可能会引发一些皮肤疾病，所以床上用品的杀菌消毒是非常重要的。那么，在设计家纺产品的时候，可以利用太阳光的杀菌作用，使他们在吸收储存热量的同时发挥太阳光的保健作用。这样在节省资源的同时可以净化空气，美化居室环境。真正意义上实现低碳生活、绿色环保的目的。

美国南加州大学的研究人员成功研制出一种柔韧性很好的碳原子薄膜透明材料，并用它制作出有机光伏电池，可把光能转化为电能。由一层导电性极好的碳原子组成，厚度为几个原子的“石墨烯”新材料。每平方米的太阳能硅电池能把1 000 W的太阳光照转化为14 W电力，而同样面积的“石墨烯”有机光伏电池只能转化出1.4 W电力，具有造价低、柔韧性好的优势，可以用来生产太阳能窗帘和自行发电的衣服。

凡事都有两面性。虽然太阳能技术在人们的日常生活中得到了广泛的应用，达到的节约能源的目的，减少的污染气体的排放量，保护了大气层。但是，现在的太阳能蓄电技术还得依赖于锂电池，而现有技术还无法将废旧的锂电池做永久的处理，只能将其长埋于地下，这样会对环境造成一定的影响。在将太阳能技术应用到家纺产品中时，要尽可能的选用防辐射面料。将其对人体的伤害减到最小。上述的问题，就是现代太阳能技术的发展中所要解决的问题。

5 结语

将太阳能转化为电能用于家纺产品，或用石墨烯材料制成家用窗帘及其他家用纺织品，可以说是一种太阳能家纺产品的科技新突破，应用前景广泛。目前，我国将太阳能技术应用在家纺设计的产品投放市场的并不多见。在家纺产品设计中科学开发利用太阳能技术，使太阳能家纺产品更贴近人们的生活，更加绿色健康，从而实现真正的低碳环保。

参考文献

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[3] 徐东群.居住环境空气污染与健康[M].北京：化学工业出版社，2004.

石墨烯纺织品的特点范文第4篇

产业园区的建设不仅能推动各地经济的发展，还能促进技术、资本、人才等资源的有效聚集和配置。为此，《经济》杂志从本期开始增设《产业园》栏目，关注成熟和极具发展潜力的产业园区，希望它们的成功经验能给其他园区或新建的园区以启示。

石墨烯是至今发现的最薄、最轻、最强、最坚韧的材料，它是极好的导电、导热材料，还具有柔性、透明、稳定等特性，因而被誉为新材料之王。石墨烯材料之所以备受瞩目，是因为它具有广阔的应用前景，如触摸屏、柔性电子器件、光学调制器和太赫兹发生器、电子墨水、锂离子电池导电添加剂、超级电容器等。

自2010年诺贝尔物理奖颁给石墨烯发现者安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫后，石墨烯材料在全世界的学术界掀起了研发热潮。当前中国拥有最庞大的石墨烯研发队伍，数量稳居世界第一。中国石墨烯研究方面的专利数量也高居全球榜首。而国内的学术热也带动了石墨烯产业园的建设热。中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春告诉《经济》记者，科技界的浮躁催生了石墨烯的虚火过旺，也让它成了家喻户晓的新材料。

产业聚集助力产业发展

众所周知，产业园区是产业空间集聚的重要载体，在促进产业发展方面起到了积极的作用。石墨烯产业园区，可以将从事石墨烯研发、生产、应用的相关企业集聚起来，加速石墨烯的技术研发和产业化应用。不仅可以实现技术、管理知识、人才的交流，促进资源的有效配置，也有利于实现规模经济并降低成本。优秀的产业园对当地经济发展起到促进作用，还能集聚技术、人才、资本等资源。

2015年，工业和信息化部、国家发改委、科技部联合《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》指出要促进产业集聚发展，集群发展石墨烯材料应用产业，形成聚集效益，打造产业示范基地。工信部赛迪研究院原材料工业研究所副所长曾昆告诉《经济》记者，通过发展石墨烯产业园区可实现资源集聚和产业集聚。此外，产业园区在促进技术创新、加速成果转化、培育企业方面也会起到积极的作用。

目前我国大部分省市都在发展石墨烯，主要集中在江苏、浙江、山东、重庆、四川、福建、北京等经济发达、科研力量雄厚的地方。曾昆表示，江苏常州、无锡的石墨烯产业发展较早，常州国家石墨烯新材料高新技术产业化基地和无锡惠山石墨烯新材料特色产业基地较有代表性，基地集聚了石墨烯研发及相关应用企业，产业链相对完整。

国内首个石墨烯产业园在常州，常州也是早期石墨烯产业聚集地的探索者。后来成立的江南石墨烯研究院实行“技术研发+创业孵化+技术公共服务+投融资”运营模式，在促进技术创新、加速成果转化等方面起到了积极的推动作用，从而也带动了石墨烯企业的聚集。

山东青岛石墨烯产业初具规模，拥有国家火炬青岛石墨烯及先进碳材料特色产业基地，借助石墨资源优势和临海优势，重点发展石墨烯防腐涂料、石墨烯锂离子电池和超级电容、透明导电薄膜及薄膜沉积装备开发等。

李义春表示，上述三地的聚集能力较大，各具特色。而深圳、上海也建立了石墨烯服务平台，但并未从整体上来抓产业聚集，仍较为松散。

产业园区面临环保压力

发展绿色、高效、低成本的石墨烯规模化制备技术仍然是目前石墨烯产业发展的难题之一。国家纳米科学中心研究员智林杰告诉《经济》记者，石墨烯产业的环境风险与安全问题，也需要重点考虑。如目前普遍采用的化学法制备石墨烯的工艺技术会产生大量的废液及化学品，存在一定的环境风险。而石墨烯本身对环境与人体的危害则目前还没有引起业界的关注，也需要我们予以重视。

曾昆告诉记者，目前石墨烯发展较好的地区基本集中在东部沿海地区，环境承载量基本接近饱和，环保压力较大，环保要求较高。目前，石墨烯制备确实存在环评、安全生产资质、废料处理等方面问题需要解决。因而，一方面要发展绿色环保的石墨烯制备技术；另一方面，地方政府在引进石墨烯生产企业时，要严格按照环保要求，实施相关配套政策解决环保问题。

目前石墨烯制备企业后建的生产线会落在化工园区。李义春表示，以前建设的生产线将面临环保压力，比如常州，“未来大规模生产石墨烯材料的企业可能会面临转移。”因而，新建的产业园区应该找准定位。比如，北京的定位是建立创新园区，而非建立产业。据了解，京津冀三地高校科研院所和企业将共同建设唐山石墨烯产业集群。到2017年，唐山石墨烯产业集群将实现产值20亿元，形成京津冀战略性新兴产业高地。“北京是以创新+孵化来支撑，而产业发展放在唐山，这也符合国家的战略布局”，李义春告诉记者。

石墨烯产业园建设热

据了解，目前鹤岗、哈尔滨、包头、唐山、大同、青岛、常州、无锡、苏州等地筹建或已建有石墨烯产业园。北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范曾在中关村石墨烯联盟成立大会上视之为轰轰烈烈的石墨烯产业园建设运动，不少新建的产业园区有简单重复、缺乏特色的倾向。他认为，应警惕这种运动式的产业园建设。

“以石墨烯产业园来命名，但是否属于真正的产业园区还要看它的本质”，李义春告诉记者，至少有十家以上企业，才能算一个集聚区。以重庆高新区为例，石墨烯企业主要以重庆墨希科技有限公司为主，“由于企业数量偏少，目前尚未形成产业聚集，未来应在这方面加大力度，形成真正的石墨烯产业聚集区。”

曾昆认为，石墨烯以其优异的性能和巨大的市场潜力，受到了全国大部分地方政府的追捧，很多地方建起了石墨烯产业园。从目前形势来看，部分地区确实不具备发展石墨烯的技术、资本、人才优势，但由于传统产业大多增长乏力，对经济增长支撑力度不够。因此，一些地方政府迫切地想把石墨烯作为新的增长点进行培育，以带动地方经济增长。这难免会造成部分石墨烯产业园存在简单重复建设的问题。新建的石墨烯产业园一定要结合当地经济发展和应用市场需求，选择合适的切入点发展石墨烯品种，做到差异化、特色化发展，避免趋同和重复建设。

李义春告诉记者，产业园区的建设首先重在规划，要找准各省市与石墨烯材料的切入点。考察某地是否适合建设示范区，要看当地是否有相关的产业，能否与石墨烯技术结合，从而推动当地传统产业的转型升级。“利用石墨烯技术提升生产原有产品的档次”，比如石墨烯材料与轮胎结合，使原来生产的B级轮胎提升为A级轮胎，而其成本和性价比现有的A级轮胎更有竞争力，这才是切入点。李义春呼吁，产业没有高低端之分，石墨烯应用到适用领域都应该做成高端产品。比如，石墨烯+涂料变成高端涂料，石墨烯+纺织变成高端服装等，是因为其性价比比现有产品高，也更具竞争力，否则便失去了生存的空间。

石墨烯纺织品的特点范文第5篇

关键词：聚丙烯腈；碳纤维；复合材料

中图分类号：TQ342+.74 文献标志码：A

Current Situation of the Carbon Fiber and Related Composites Industry

Abstract： By discussing the spinning， pre-oxidation， carbonization， compounding and recycling technologies for making carbon fiber and related composites， the paper discussed the present situation of technological development in the field of carbon fiber and related composites； analyzed the market situation of such products and their application prospects in aerospace， national defense， wind turbine， sport and leisure， transportation vehicles， civil-engineering， etc. It also pointed out some problems existing in China’s carbon fiber industry and gave related solutions.

Key words： polyacrylonitrile； carbon fiber； composites

碳纤维分为PAN基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维，其中PAN基碳纤维市场占有率超过90%，其生产流程包括纤维纺丝，预氧化、碳化，复合成型和回收利用等流程。

1 碳纤维及复合材料生产技术现状

1.1 原丝生产技术现状

原丝的高纯化、高强化、致密化以及表面光洁是制备高性能碳纤维的首要条件。在PAN基碳纤维生产中，原丝约占总成本的50% ～ 60%，原丝质量既影响碳纤维的质量，又制约其生产成本。

原丝生产包括聚合和纺丝。原丝聚合是丙烯腈和第二单体、第三单体在引发剂作用下进行共聚反应，生成PAN纺丝液。日本东丽采用AIBN（偶氮二异丁腈）作引发剂，二甲基亚砜（DMSO）作溶剂，DMSO+AIBN体系凭借其操作安全和高质量产品，成为碳纤维丙烯腈聚合的主流方法。PAN基碳纤维原丝通过湿法和干喷湿纺纺丝工艺制造。湿法纺丝是碳纤维生产普遍采用的方法，其技术成熟，易工程化，所得原丝纤度均匀且纤维表面沟槽结构易于后道复合加工；干喷湿纺是将干法和湿法结合的新方法，可实现高品质原丝的细纤化和均质化，纺丝速度是湿法纺丝的 5 ～ 10倍，是高性能原丝生产最好方法之一。东丽、三菱丽阳，美国赫氏和韩国晓星都拥有干喷湿纺纺丝技术，中国中复神鹰、中油吉化等少数企业掌握干喷湿纺T700级碳纤维原丝生产技术，但产品的稳定性有待提高。

1.2 碳纤维的生产技术现状

原丝经预氧化、碳化和后处理等工艺制得碳纤维。预氧化是纤维组织结构转变的过渡阶段，在保证丝条均质化的前提下，缩短预氧化时间，可以降低生产成本。碳化是纤维乱层石墨结构的成形阶段，可使纤维强度大幅提升，碳化条件控制不当会造成纤维结构中有空隙、裂纹等缺陷，影响碳纤维性能。石墨化即高温下牵伸，使纤维由乱层石墨结构向三维石墨结构转化，提高碳纤维弹性模量。

碳化炉是制造碳纤维的关键设备，国产碳化炉发热体最高耐热温度1 400 ℃，而国外大规模高温碳化炉对我国实行出口限制，中等规模碳化炉价格又很高，提高了国内碳纤维的建设成本，导致国产碳纤维市场竞争力不足，研发高强级碳纤维生产线的国产设备迫在眉睫。

1.3 碳纤维增强复合材料技术现状

碳纤维增强复合材料是以碳纤维及织物为增强体、树脂为基体制成，其代表是以三维编织物为增强体，采用树脂传递模塑工艺（RTM）进行浸胶固化而成的三维编织复合材料。三维编织技术具有较强的仿形编织能力，可以实现复杂结构的整体编织，常用编织工艺有四步法、二步法及多层联锁编织工艺。四步法操作灵活性强，编织物整体结构好，但编织速度较慢，对设备要求较高；二步法织造简单，易实现自动化，适合编织较厚制件，但其执行机构以间断的离散方式运动；多层联锁编织工艺编织的织物机械性能好，设备可平稳连续工作，但不易实现自动化生产。目前可满足大而厚预制件编织需求的大型三维编织机不多，设计与研发高水平的三维编织机仍是努力的方向。

三维编织实现了增强材料的整体成型，而RTM工艺正是适于整体成型的工艺方法。RTM工艺是将液态树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，是接近最终形状部件的生产方法，基本无需后续加工。由于其效率高、能耗低、工艺适应性强等优点，适宜多品种、高质量的先进复合材料加工。RTM-三维编织复合材料是完全整体结构，与传统复合材料相比，具有较高的损伤容限、强度和模量，为复合材料应用于承力结构件，特别是应用于航天航空等领域提供了广阔前景。

1.4 碳纤维增强复合材料回收利用现状

回收利用碳纤维可降低能耗、节约能源，主要方法有高温热解法、流化床分解法和超/亚临界流体法。高温热解法是在高温下使复合材料降解，回收的碳纤维力学性能降低幅度较大，影响碳纤维再利用，是目前唯一商业化运营的回收方法；流化床热分解法采用高温空气热流对复合材料进行高温热分解，通常用旋风分离器来获得表面干净的碳纤维，由于受高温、砂粒磨损的影响，碳纤维长度变短、力学性能下降，影响回收碳纤维的应用范围；超/亚临界法是利用液体在临界点附近具有高活性和高溶解性等性能来分解复合材料，最大限度地保留碳纤维的原始性能，由于其独特的优越性，受到产业界高度重视，将可能成为碳纤维主要回收方法之一，目前多数回收技术仍停留在实验阶段，商业化道路漫长。

2 碳纤维及复合材料市场现状分析

2.1 碳纤维市场现状分析

碳纤维分为大丝束碳纤维（>24K）和小丝束碳纤维（

2.2 碳纤维复合材料市场现状

2013年碳纤维复合材料总产值147亿美元，其中CFRP产值94亿美元，约占64%。碳纤维复合材料的需求7.2万t，2020年需求将达14.6万t（表 2），2010 ― 2020年复合年均增长率超过11%。

碳纤维复合材料主要应用到国防航空、交通工具、风力发电、运动休闲、土木建筑等领域，各领域产值见表 3。

（1）国防航空

2013年碳纤维增强复合材料在国防航空领域产值达41.2亿美元，其中民用航空24.7亿美元，占60%，军用飞机占16%，商业飞机占8%。在航空领域，碳纤维复合材料占空客A380结构材料的20%以上，波音787结构材料中近50%使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料。碳纤维复合材料取代金属结构材料，减轻机身质量，节约燃油，在航空领域应用不断拓展。在国防领域，碳纤维复合材料已用于隐形机、战斗机、导弹等开发。美国研制出世界上最小无人机，主体由碳纤维制成，仅重106 mg，用于搜索和救援行动，美国F-22和F-35战斗机，欧洲A400M大型军用运输机，日本M-5火箭等都在不断拓展碳纤维复合材料的应用。美国防部在“面向21世纪国防需求的材料研究”报告中强调，“到2020年，只有复合材料才有潜力使装备获得20% ～ 25%的性能提升”。

（2）交通工具

2013年碳纤维增强复合材料在交通工具领域产值达22亿美元，其中汽车领域10.1亿元，占总产值46%，卡车领域占18%，摩托车占15%，客运火车占13%。CFRP具有轻质高强的特点，逐渐成为汽车轻量化首选材料。试验证明，汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%；汽车质量每减少100 kg，百公里油耗可降低0.3 ～ 0.6 L。全球大型汽车制造商积极联合碳纤维生产企业，旨在突破碳纤维零部件的低成本工业化生产，广泛应用于普通汽车。

（3）风力发电

2013年碳纤维增强复合材料在风力发电领域产值达17.6亿美元，消耗碳纤维约6 700 t。1985年风轮平均直径仅15 m，单位产出低于 1 MW，到2013年风轮平均直径达100 m，平均产出为2.5 MW。当风轮叶片长度在40 ～ 50 m时，碳纤维是唯一能用于制造叶片的材料，随着风电装机容量的增加，也必然会促进碳纤维在这领域快速发展。风力发电主要集中在3 个国家，2013年中国达91 GW，占全球30%，其次是美国和德国，分别达62G W和34 GW。

（4）运动休闲

2013年碳纤维增强复合材料在运动休闲领域产值达14.7亿美元，其中高尔夫杆等产品产值5.6亿美元，占38%，网球和羽毛球球拍占21%，自行车占14%。运动休闲用碳纤维消耗量最大在亚洲，特别是中国，高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、自行车架、船桨、公路赛车等都用到碳纤维。由于成本问题，制约碳纤维在该领域的快速发展，预计2015年全球运动休闲领域对碳纤维需求增长依然保持在4%左右。

（5）土木建筑

2013年碳纤维增强复合材料在建筑工程领域产值达5.9亿美元，消耗碳纤维约2 300 t。随着碳纤维成本降低与复合材料加工技术的发展，土木建筑领域将成为碳纤维复合材料应用新市场。碳纤维复合材料层板加固或修复桥梁及建筑物，碳纤维增强混凝土等都将会有很大发展。在美国约有30万座桥有潜在维修需求，德国在2030年前将投入160亿欧元，用于修复桥梁和路面。预计未来 5 年，碳纤维复合材料在土木建筑领域将以6%左右速度增长。

3 中国碳纤维发展之路

2013年我国碳纤维产能达1.8万t，实际产量约3 000 t，全为小丝束。碳纤维指标达到东丽公司T300水平，但质量稳定性还需提高；干喷湿法纺丝T700级碳纤维实现工业化生产，但产品质量有待稳定；T800、M40J、M50J等高品质碳纤维仍在中试或攻关阶段。国际上碳纤维高端技术和产品对中国实行封锁，并利用高性能碳纤维盈利来弥补通用级碳纤维的亏损，对中国碳纤维市场进行降价打压，企图遏制中国碳纤维产业的发展。受国外低价倾销和恶意竞销行为影响，国内碳纤维企业基本处于全线亏损境地。

中国碳纤维发展需重点关注以下几个方面：一是组织技术攻关。重点解决T300级等中低端碳纤维产品稳定性和成本控制问题，加快T700级等中高端碳纤维产品产业化及高模量碳纤维研发，加强高品质油剂、上浆剂、树脂等辅助材料配套能力，加快预氧化炉和多段宽口碳化炉等设备研发。二是加强应用牵引。建立产学研用产业技术创新联盟，以应用需求为牵引，深化碳纤维生产与应用企业合作，实现优势互补。三是深化军民融合。加大满足国防发展需求的高端碳纤维及复合材料的研发力度，打破体制机制束缚，引导优势民企进入军品领域，加快提升碳纤维行业军民融合水平。四是推动标准体系建设。建立适合我国产业发展特点并与国际接轨的碳纤维标准体系，解决限制我国碳纤维下游应用瓶颈的标准和应用设计规范问题，逐步扩大国产碳纤维对进口碳纤维的替代。五是加强人才培养。培养一批高端生产和应用技术人才，推动“产学研用”产业链一体化发展。

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