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1000kg/h!曼大开发出石墨烯纱线批量制备新技术!
点击次数:119  更新时间:2019-03-05  【打印此页】  【关闭

     近日消息,由英国国家石墨烯研究所的团队开发的工艺可以使用现有的纺织机械生产数吨导电石墨烯基纱,而不会增加生产成本。除了可批量生产纱线外,石墨烯基的纱线还具有可清洗、柔韧、廉价和可生物降解的特点。

多功能可穿戴电子纺织品因其在医疗保健,运动服装,健身和航空航天应用方面的巨大潜力而成为备受关注的焦点。近年来,通过创新,小型化和无线革命,智能可穿戴纺织品经历了复兴。


随着技术的不断进步,人们已经努力将基于纺织品的传感器集成到服装中,然而当前的制造工艺复杂且耗时,昂贵,并且所使用的材料是不可生物降解的并且使用不稳定的金属作为导电材料。


由于其高导电性和柔韧性,石墨烯被认为是这些类型应用的潜在良好材料。石墨烯中的每个原子都暴露在其环境中,使其能够感知周围环境的变化,使其成为传感器的理想材料。

正如《ACS Nano》所报道的那样,由英国国家石墨烯研究所的团队开发的工艺可以使用现有的纺织机械生产数吨导电石墨烯基纱,而不会增加生产成本。除了可批量生产纱线外,石墨烯基的纱线还具有可清洗、柔韧、廉价和可生物降解的特点。


利用石墨烯基纱线编制的这种传感器可以集成到自供电RFID或低功率蓝牙中,以无线方式向移动设备发送数据。


我们相信,我们对石墨烯基纺织品的超快生产工艺将是实现下一代高性能服装的重要一步。纳兹穆尔卡里姆博士说。


推动可穿戴电子纺织品的一个障碍是为它们提供动力所需的笨重组件。以前,在不损害材料的性质或舒适性的情况下加入这些部件也很困难,这已经看到个人智能设备如健身手表的兴起。


该论文的主要作者Shaila Afroj博士在博士期间开展了该项目,他说:“为了向一个非常传统和成熟的纺织工业引入一种新的令人兴奋的材料,如石墨烯,最大的挑战是制造工艺的可扩展性。在这里,我们通过使用快速和超快的生产工艺生产石墨烯材料和石墨烯基纺织品来克服这一挑战。据报道,我们在一小时内生产千公斤石墨烯基纱的技术是纺织行业的重大突破。“


Nazmul Karim博士,国家石墨烯研究所的另一位主要作者和知识交流研究员(Graphene)说:“由于最近纺织品的创新,高性能服装正在经历一场转型。纺织界越来越关注利用石墨烯的优异和多功能特性,用于智能和功能性服装应用。“


我们相信,我们对石墨烯基纺织品的超快生产工艺将是实现下一代高性能服装的重要一步。”


论文信息:

Engineering Graphene Flakes for Wearable Textile Sensors via Highly Scalable and Ultrafast Yarn Dyeing Technique

用于可穿戴纺织传感器的工程石墨烯薄片通过高度可扩展和超快速的纱线染色技术

ACS Nano, Article ASAP

DOI: 10.1021/acsnano.9b00319


摘要:

Multifunctional wearable e-textiles have been a focus of much attention due to their great potential for healthcare, sportswear, fitness, space, and military applications. Among them, electroconductive textile yarn shows great promise for use as next-generation flexible sensors without compromising the properties and comfort of usual textiles. However, the current manufacturing process of metal-based electroconductive textile yarn is expensive, unscalable, and environmentally unfriendly. Here we report a highly scalable and ultrafast production of graphene-based flexible, washable, and bendable wearable textile sensors. We engineer graphene flakes and their dispersions in order to select the best formulation for wearable textile application. We then use a high-speed yarn dyeing technique to dye (coat) textile yarn with graphene-based inks. Such graphene-based yarns are then integrated into a knitted structure as a flexible sensor and could send data wirelessly to a device via a self-powered RFID or a low-powered Bluetooth. The graphene textile sensor thus produced shows excellent temperature sensitivity, very good washability, and extremely high flexibility. Such a process could potentially be scaled up in a high-speed industrial setup to produce tonnes (∼1000 kg/h) of electroconductive textile yarns for next-generation wearable electronics applications.


多功能可穿戴电子纺织品因其在医疗保健,运动服装,健身,太空和军事应用方面的巨大潜力而成为备受关注的焦点。其中,导电纺织纱线显示出用作下一代柔性传感器的巨大希望,同时又不损害普通纺织品的性能和舒适性。然而,目前金属基导电纺织纱线的制造过程昂贵,不可扩展且对环境不利。在这里,我们报告了一种高度可扩展和超快速生产的基于石墨烯的柔性,可清洗和可弯曲的可穿戴纺织品传感器。我们设计石墨烯薄片及其分散体,以便为可穿戴纺织品应用选择最佳配方。然后,我们使用高速纱线染色技术用石墨烯基油墨染色(涂覆)纺织纱线。然后将这种基于石墨烯的纱线作为柔性传感器集成到针织结构中,并且可以通过自供电RFID或低功率蓝牙将数据无线地发送到设备。这样生产的石墨烯纺织品传感器显示出优异的温度敏感性,非常好的可洗性和极高的柔韧性。这种工艺可以在高速工业设备中扩大规模,以生产用于下一代可穿戴电子应用的吨级(~1000 kg / h)导电纺织纱线。