在凯夫拉尔纤维上直接激光书写石墨烯可使防护服“智能”

（Nanowerk Spotlight）凯夫拉尔纤维是一种著名的高强度聚合物，由于其出色的机械性能，已发现了各种重要的安全应用，从纺织品（例如防弹背心或消防员的防护服）到坚韧的复合材料（ （例如汽车防具板）。
为下一代防护服做好多功能准备，即“智能”。这些材料不仅能够保护人体免受伤害，而且还具有智能功能，例如监视生理信号和检测潜在危害，例如气体，病原体或辐射。
为了制造“智能”服装，必须将功能性材料与纤维或纺织品结合起来，通常以纳米精加工的形式进行，其中可以将一系列纳米材料（例如碳纳米管，石墨烯或银纳米线）沉积到纺织品上。
“一般来说，这些方法都需要多步路线和费时的前驱体制备处理，” 张莹莹，副教授在化学与中心在北京清华大学系纳米和微观力学（CNMM），解释对Nanowerk。“因此，通过简单的方法来制造智能防护服仍然具有挑战性，尤其是那些具有任意图案或定制设计功能的防护服。”
早在2014年，莱斯大学的研究人员通过使用一种计算机控制的激光将一种廉价的聚合物燃烧，从而制作出了柔性的，图案化的多层石墨烯薄片，该技术被称为激光诱导石墨烯（LIG）。这种高产，低成本的石墨烯合成工艺可在室温下在空气中工作，并且无需热炉和受控环境，并且使石墨烯适合电子产品或能量存储。
张说：“这种在聚酰亚胺，木材或纸上制备石墨烯的激光写入方法简单，高效且设计灵活。” “基于在纺织品中存在类似的聚合物结构这一事实，我们假设可以在聚合物纺织品上应用激光写入技术，从而可以轻松地制造基于石墨烯的纺织品电子产品。”
在ACS Nano上发表的一篇新论文（“ Janus石墨烯/凯夫拉纤维用于智能防护服的激光书写”）中，Zhang及其团队报告了激光诱导的石墨烯在凯夫拉纤维上的直接书写。


激光写字在凯夫拉尔纤维织物上形成石墨烯。（a）由凯夫拉尔制造石墨烯/凯夫拉尔纺织品的示意图。（b）LIG的SEM图像被图案化成鸟的形状。（c）LIG的数字图像被图案化为人的侧面形状。（经美国化学学会许可转载）（点击图片放大）
根据该团队，凯夫拉尔向石墨烯的转化可以归因于CO 2激光辐照引起的光热效应。具体而言，这导致较高的局部温度，导致凯夫拉尔纤维的烧蚀和解聚。剩余的碳原子重新结合并“重结晶”为石墨烯。
他们所谓的Janus石墨烯/凯夫拉纤维纺织品 -在正面具有多孔石墨烯，在背面具有凯夫拉纤维-可以在空气中制备。为了防止石墨烯从织物上脱落，研究人员将预先固化的Ecoflex滴在加工过的织物表面上，形成非常薄的涂层，以固定和封装石墨烯。
在空气条件下直接从商业纺织品中石墨烯的直接书写简单，高效且设计灵活，为开发具有成本效益和定制设计的纺织品电子产品开辟了一条新途径。例如，它为制造纺织电子产品（如柔性超级电容器和用于现场监测人体生理状况的传感器）提供了一种通用且快速的途径。
张指出：“在进行这项工作之前，我们不知道在空气条件下可以将纺织品转变为石墨烯。” “我们的研究小组专注于新型柔性和可穿戴材料和电子产品的设计和制造。近年来，我们对开发由纳米碳和丝质材料制成的纤维和纺织电子材料非常感兴趣。我们的目标是开发能够在人体工程学上对人体正确，并具有出色的性能-这鼓励我们在凯夫拉尔上进行激光写入过程的实验。”
基于该技术，在诸如丝绸和棉花的不同商业纺织品上制备各种类型的柔性电子器件变得可行。这将使高效，定制化的多功能纺织电子产品成为可能。
在空气条件下用激光直接从商用纺织品中石墨烯的直接书写，也为制造诸如柔性超级电容器和传感器之类的纺织电子产品提供了一条通用而快速的途径。
随着诸如生物技术，虚拟现实和人工智能等新兴技术的普及，对可穿戴设备的需求正在激增。他们将改变我们的沟通方式，监测生理功能和环境数据以及管理医疗。
张总结说：“未来的可穿戴电子设备必须符合人体工程学，对人体具有生物安全性，甚至是可植入的。” “活跃于该领域的研究人员需要进一步探索如何将单个电子设备（例如传感器，显示器，电池，无线发射器等）集成到一个完整的灵活系统中，并最终将其与服装甚至医疗植入物集成。这些宏伟的目标需要研究人员和来自不同背景的工程师一起解决材料准备，能源设备，电子设计和制造，数据处理，包装技术，医疗技术等各个方面的问题。”
信息来源：nanowerk