一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能纺织品领域，具体涉及一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，包括棉织物基体、附着在棉织物基体上的石墨烯单片层和附着在石墨烯单片层上的银薄膜，所述棉织物基体由棉织物纤维构成，棉织物纤维表面接枝硅烷偶联剂；石墨烯单片层由石墨烯纳米片组成，通过硅烷偶联剂交联，石墨烯纳米片附着在棉织物纤维表面，并在棉织物纤维间穿插延伸；银薄膜由银颗粒组成，银颗粒嵌入石墨烯纳米片并填充石墨烯纳米片间间隙。其制备方法为棉织物通过硅烷偶联剂交联作用，粘附氧化石墨烯并还原，后磁控溅射银靶材得到导电石墨烯/银复合棉织物。本发明专利技术复合棉织物的导电性和耐水洗性均得到大幅度提升，提高棉织物质量，扩展其应用领域，提升商业价值。

A washable conductive graphene/silver composite cotton fabric and its preparation method

The invention belongs to the field of functional textiles, in particular to a washable conductive graphene/silver composite cotton fabric, which comprises a cotton fabric matrix, a graphene monolayer attached to the cotton fabric matrix and a silver film attached to the graphene monolayer. The cotton fabric matrix is composed of cotton fabric fibers, and the graphene monolayer is grafted with silane coupling agent on the surface of cotton fabric fibers. Rice sheet is composed of silane coupling agent, graphene nanosheet is attached to the surface of cotton fabric fibers, and interpenetrated and extended between cotton fabric fibers. Silver film is composed of silver particles, which are embedded in graphene nanosheets and filled in the gap between graphene nanosheets. The preparation method is that cotton fabrics are crosslinked by silane coupling agent, adhered to graphene oxide and reduced, and then magnetron sputtered silver target to obtain conductive graphene/silver composite cotton fabrics. The conductivity and washability of the composite cotton fabric of the invention are greatly improved, the quality of the cotton fabric is improved, the application field is expanded, and the commercial value is enhanced.

【技术实现步骤摘要】
一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物及其制备方法
本专利技术属于功能纺织品领域，具体涉及一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物及其制备方法。
技术介绍
随着材料科学和纳米技术等新兴学科的发展，新材料和纳米技术等成为21世纪的研究热点，并被广泛应用于电子信息、生物医学、机械制造等领域。由于各学科的相互交叉与渗透，将导电新材料与纺织面料相结合制备具有优良导电性能的功能纺织品已成为纺织领域的研究热潮。石墨烯自2004年被A.Geim和K.Novoselov发现以来，由于其独特的二维平面结构和优越的光学、电学特性等优点，成为近几年的研究热点之一，其优异的透光率、电子迁移率和导电率、力学性能和机械延展性、良好的热稳定性与化学稳定性，使其在光电子器件领域具有广泛的应用前景。然而石墨烯不易分散加上普通浸渍带来的易脱落问题，使其在织物上的运用较少，为了提导电织物的质量，拓展导电织物的应用领域，满足实际应用的需求，制备导电耐水洗的纺织材料仍是当今研究的热点。
技术实现思路
本专利技术提供一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，该复合棉织物增强石墨烯与棉织物的界面粘结强度，大幅提升复合棉织物的导电性和耐水洗强度，提高复合棉织物的质量，扩展其应用领域，提升商业价值。本专利技术还提供一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物的制备方法，该方法简单易控，解决简单浸渍导致的导电性不强及不耐水洗的缺陷。本专利技术的技术方案为，一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，包括棉织物基体、附着在棉织物基体上的石墨烯单片层和附着在石墨烯单片层上的银薄膜，所述棉织物基体由棉织物纤维构成，棉织物纤维表面接枝有硅烷偶联剂；所述石墨烯单片层由石墨烯纳米片组成，通过所述硅烷偶联剂的交联作用，石墨烯纳米片附着在棉织物纤维表面，并在棉织物纤维间穿插延伸，由石墨烯纳米片构成的石墨烯单片层以嵌入形式附着在棉织物基体上，提高石墨烯单片层与棉织物的结合度，提高复合织物的韧性和抗断裂强度；所述银薄膜由银颗粒组成，所述银颗粒嵌入石墨烯纳米片并填充石墨烯纳米片间间隙，银薄膜以嵌入形式附着在石墨烯单片层上，进一步提高复合织物的韧性和抗断裂强度。嵌入石墨烯纳米片并填充石墨烯纳米片间间隙的银颗粒，连接石墨烯纳米片，提高石墨烯纳米片的致密性，进而增强石墨烯单片层的致密性和结合度，提高石墨烯单片层的导电性能。石墨烯单片层上附着的银薄膜还可为石墨烯单片层提供保护，减缓对石墨烯单片层的破坏。构成银薄膜的银颗粒紧密相连，提高银薄膜的致密性、结合度和连接性，提高银薄膜的导电性和耐水洗性。石墨烯单片层与银薄膜的相互结合，进一步提高棉织物的导电性能和耐水洗性。所述银薄膜的厚度为600～1500nm，优选为900～1200nm。所述银薄膜呈网状分布，网状分布的银薄膜的横向和纵向宽度为纳米级尺度。采用网状分布的银薄膜，在保证高导电性能的同时，降低银的使用量，节约投入成本，且提高石墨烯/银复合棉织物的通透性。一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物的制备方法，步骤包括：(1)棉织物用含碱有机溶剂清洗后，浸入硅烷偶联剂水溶液进行表面修饰，得到表面接枝有硅烷偶联剂的棉织物；(2)将表面接枝有硅烷偶联剂的棉织物浸入氧化石墨烯水溶液中，经恒温浸渍的“一浸一轧”得到表面附着氧化石墨烯单片层的棉织物；(3)表面附着氧化石墨烯单片层的棉织物浸入还原剂水溶液还原，并干燥得到表面附着石墨烯单片层的棉织物；(4)以表面附着石墨烯单片层的棉织物为基底，以银为靶材，抽真空后，充入不活泼气体并保持基底旋转的情况下，进行磁控溅射，在棉织物表面附着的石墨烯单片层上附着银薄膜，得到石墨烯/银复合棉织物。为在石墨烯单片层上镀覆粘结网状分布的银薄膜，表面附着石墨烯单片层的棉织物基底表面固定覆盖有格栅。硅烷偶联剂与氧化石墨烯通过化学键合交联，形成网状结合部，增强氧化石墨烯与棉织物结合的牢固性和致密性，及氧化石墨烯纳米片结构的稳固性，进而增强石墨烯与棉织物结合的牢固性和致密性，及石墨烯纳米片结构的稳固性。步骤(1)中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠，优选为氢氧化钠；所述有机溶剂为丙酮、脂肪醇醚化合物(脂肪醇聚氧乙烯醚)或者脂肪酸甲酯的乙氧基化合物；优选为丙酮；有机溶剂中碱的质量分数为35％～50％，优选为50％。步骤(1)中，棉织物用含碱有机溶剂清洗后，用去离子水漂洗并干燥，清洗的方式为超声或浸泡，优选为超声，更优选为密封超声。清洗的时间为1.5～5小时，优选为2小时。干燥的温度为60～85℃，优选为80℃；干燥的时间为3～7小时，优选为5小时。步骤(1)中，棉织物与硅烷偶联剂水溶液的浴比为1：30～50，优选为1：40；硅烷偶联剂水溶液中硅烷偶联剂的质量分数为10％～20％，优选为15％～17％；浸入硅烷偶联剂水溶液进行表面修饰的温度为50℃～90℃，优选为70～90℃；时间为30～90分钟，优选为60～90分钟。步骤(2)中，棉织物与氧化石墨烯水溶液的浴比为1：150～500，优选为1：250；氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的质量分数为0.2％～1％，优选为0.6％～1％；恒温浸渍的温度为20℃～100℃，优选为60℃～100℃；恒温浸渍的时间为30～150分钟，优选为90～120分钟。步骤(3)中，棉织物与还原剂水溶液的浴比为1：150～500，优选为1：250；还原剂有水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠或者维生素C等，优选为水合肼；还原剂水溶液中还原剂的质量分数为5％～20％，优选为13％～17％；还原的温度70～90℃，优选为85～90℃；还原的时间为3～9小时，优选为5小时。步骤(3)中，干燥的温度为60～85℃，优选为80℃；干燥的时间为3～7小时，优选为5小时。步骤(4)中，不活泼气体为氩气、氦气或者氮气中的任意一种或组合，优选为氩气；不活泼气体的纯度为98％～99.9％，优选为99.9％；真空度为2.0×10-4～7.5×10-4Pa，优选为5.0×10-4Pa；气体流速为8.5～11sccm，优选为10sccm；基底转速为80～120r/min，优选为100r/min；磁控溅射的功率为100～300W，优选为200～300W；磁控溅射的时间为10～30min，优选为10～20min。步骤(4)中，表面附着石墨烯单片层的棉织物基底与银靶材之间距离为100mm。相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过将棉织物浸渍在硅烷偶联剂溶液中对棉织物进行表面修饰，使织物表面产生自由基，形成活性点，对棉织物表面进行清洗、接枝和活化，增强氧化石墨烯或者石墨烯与棉织物的界面粘结强度，及氧化石墨烯或者石墨烯纳米片结构的牢固度，提升棉织物的导电和耐水洗性能。(2)本专利技术采用浸渍法在棉织物表面粘结氧化石墨烯，再经过后期还原得到石墨烯。氧化石墨烯具有较为丰富的羧基、羟基及环氧基，在溶剂中分散性好，便于在棉织物表面的粘结附着。(3)本专利技术通过测控溅射技术，在棉织物表面粘结附着的石墨烯上粘结镀覆银颗粒，经磁控溅射技术，银颗粒嵌入石墨烯纳米片，并填充石墨烯纳米片间的空隙，提高石墨烯单片层致密性、结合度和稳固性的同时，在石墨烯单片层上形成紧密相连的银薄膜，石墨烯片层和银薄膜的结合，大幅度提升石墨烯的导电及耐水洗性能。(4)本专利技术制备的耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，具有优良的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，其特征在于，包括棉织物基体、附着在棉织物基体上的石墨烯单片层和附着在石墨烯单片层上的银薄膜，所述棉织物基体由棉织物纤维构成，棉织物纤维表面接枝有硅烷偶联剂；所述石墨烯单片层由石墨烯纳米片组成，通过所述硅烷偶联剂的交联作用，石墨烯纳米片附着在棉织物纤维表面，并在棉织物纤维间穿插延伸；所述银薄膜由银颗粒组成，所述银颗粒嵌入石墨烯纳米片并填充石墨烯纳米片间间隙。

【技术特征摘要】
1.一种耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，其特征在于，包括棉织物基体、附着在棉织物基体上的石墨烯单片层和附着在石墨烯单片层上的银薄膜，所述棉织物基体由棉织物纤维构成，棉织物纤维表面接枝有硅烷偶联剂；所述石墨烯单片层由石墨烯纳米片组成，通过所述硅烷偶联剂的交联作用，石墨烯纳米片附着在棉织物纤维表面，并在棉织物纤维间穿插延伸；所述银薄膜由银颗粒组成，所述银颗粒嵌入石墨烯纳米片并填充石墨烯纳米片间间隙。2.根据权利要求1所述的耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，其特征在于，所述银薄膜的厚度为600～1500nm。3.根据权利要求1所述的耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物，其特征在于，所述银薄膜呈网状分布。4.权利要求1-3任一项所述耐水洗导电石墨烯/银复合棉织物的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)棉织物用含碱有机溶剂清洗后，浸入硅烷偶联剂水溶液进行表面修饰，得到表面接枝有硅烷偶联剂的棉织物；(2)将表面接枝有硅烷偶联剂的棉织物浸入氧化石墨烯水溶液中，经恒温浸渍的“一浸一轧”得到表面附着氧化石墨烯单片层的棉织物；(3)表面附着氧化石墨烯单片层的棉织物浸入还原剂水溶液还原，并干燥得到表面附着石墨烯单片层的棉织物；(4)以表面附着石墨烯单片层的棉织物为基底，以银为靶材，抽真空后，充入不活泼气体并保持基底旋转的情况下，进行磁控溅射，在棉织物表面附着的石墨烯单片层上附着银薄膜，得到石墨烯/银复合棉织物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，表面附着石...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛斌杰，何姗，陈卓明，杨盈，姜宇，肖雅倩，孟娜，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31