棉織物上石墨烯氧化物的單步共組裝,適用於耐用的導電和光熱應用

2026年01月07日17:30:43 財經 1311

1成果簡介

棉織物上石墨烯氧化物的單步共組裝,適用於耐用的導電和光熱應用 - 天天要聞

弱界面粘附仍是實現棉質功能性紡織品持久導電性的主要障礙。本文,山東理工大學韓祥生、Yinghong Xu等研究人員在《Chemical Engineering Journal》期刊發表名為「One-step lignin-mediated co-assembly of graphene oxide on cotton fabrics for durable conductive and photothermal applications」的論文,研究提出一種可持續且簡便的一步法策略,利用硫酸鹽木質素(KL)的固有粘附性在棉纖維表面構建穩定導電層

將棉織物浸入KL/氧化石墨烯(GO)分散液中,經鹼誘導凝固與原位化學還原處理,實現KL與GO在纖維表面的協同組裝。改性棉織物((GxLy)z@CF)展現出高電導率(達~7.5 S/m)與卓越的機械耐久性,經反覆彎曲(500次)、磨損(5000次)及洗滌(45分鐘)測試後,其電阻變化ΔR/R₀始終小於3.2。優異的導電性與穩定性使(GxLy)z@CF有望作為表皮感測器用於人體動作檢測。此外,(GxLy)z@CF還展現出卓越的光熱轉換能力,在模擬太陽輻射(1000 W·m⁻²)照射下,表面溫度可在300秒內快速升至約75°C。這種木質素介導的組裝體系為開發持久導電紡織品提供了可持續路徑,有望應用於可穿戴感測與光熱轉換領域。

2圖文導讀

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圖1. Schematic illustration of the synthesis and application of (GxLy)z@CF fabrics.

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圖2. (A-B) SEM image (A) and digital photograph (B) of CF. (C-E) Digital photograph (C) and SEM images (D-E) of (G2L1)1.2@CF. (F-G) Raman spectra of CF, (G2L1)1.2@CF and rGO: (F) 1250–1750 cm−1 and (G) enlarged region of 1500–1650 cm−1. (H-K) XPS O1s spectra of CF (H), GO (I), KL (J) and (G2L1)1.2@CF (K). (L) Schematic illustration of the potential co-assembly of KL and GO on the surfaces of CF.

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圖3. Durability of (G₂L₁)₁.₂@CF and G₂.4@CF under different mechanical treatments.

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圖4. (A) Schematic illustration of the wearable sensing and photo-thermal conversion application of (G₂L₁)₁.₂@CF. (B-D) Real-time current variation of (G₂L₁)₁.₂@CF during (B) finger bending, (C) multi-angle finger bending, and (D) elbow bending. (E, F) Current variation during long-term finger bending: (E) overall response over 1500 s and (F) enlarged view from 200 to 400 s. (G) Real-time current variation of (G₂L₁)₁.₂@CF after 5000 abrasion cycles under finger bending. (H) Infrared thermal images of (G₂L₁)₁.₂@CF during 1000 W·m−2 illumination. (I) Steady-state temperatures of (G₂L₁)₁.₂@CF under different light intensities. (J) Steady-state temperatures of CF, G₂.4@CF, and (G₂L₁)₁.₂@CF under 1000 W·m−2. (K) Temperature response of (G₂L₁)₁.₂@CF under on/off cycles at 1000 W·m−2. (L) Steady-state temperature of (G₂L₁)₁.₂@CF under 1000 W·m−2 after 45 min washing.

3小結

本研究提出一種簡便策略,利用木質素(KL)的固有粘附性促進KL與導電氧化石墨烯(GO)在棉纖維表面的協同組裝,從而構建出穩定的導電棉纖維((GxLy)z@CF)。硫酸木質素通過氫鍵與π-π堆積等多重分子間作用,實現導電組分的牢固錨定,形成均勻且高度穩定的導電層。所得(GxLy)z@CF展現出約7.5 S/m的高電導率,並在機械變形、磨損及反覆洗滌循環中保持卓越耐久性(ΔR/R0 < 3.2)。功能評估表明,該複合材料可實時可靠監測人體生理活動(如關節彎曲與吞咽動作),同時展現高效光熱轉換能力——在1000 W·m⁻²光照下溫度可達約75 °C。相較於傳統棉纖維表面改性方法,該一步法木質素輔助工藝省去了複雜預處理步驟,為製備耐久導電紡織品提供了可持續、高效且環保的途徑。該策略在智能可穿戴電子設備及多功能紡織基器件領域展現出廣闊應用前景。

文獻:

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來源 :材料分析與應用

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