ACS納米：雷射直寫法製備石墨烯芳綸異質織物，用於智能防護服

防護服對安全保障起著至關重要的作用。傳統的防護服可以保護人體免受身體傷害。人們非常希望將現代可穿戴電子產品集成到傳統的防護服中，使其具有多功能的智能功能。然而，在保持紡織品固有的彈性和透氣性的同時，通過實用的方法將電子產品集成到服裝中仍然是具有挑戰性的。

清華大學化學系有機光電與分子工程教育部重點實驗室張瑩瑩教授團隊通過優化實驗條件（雷射功率為6.5W，寫入速度為50 mm·s−1)，可以在空氣中製備正面為多孔石墨烯（LIG），背面為Kevlar纖維的Janus石墨烯/Kevlar織物。Kevlar中的C=O和N-C鍵在雷射誘導的光熱效應下斷裂，剩餘的碳原子重新組裝成石墨烯。這種結構使得能夠在保持其穿著舒適性的同時實現紡織品功能化。並且，所製備的LIG具有較高的電導率（10.6 Ω，2×0.5 cm2），在電子學領域具有廣泛的應用前景，為製造紡織電子產品提供了一種通用且快速的途徑。

圖1. 雷射寫入Kevlar織物上誘導石墨烯的形成。（a）製備石墨烯/Kevlar織物的示意圖；（b）圖案為鳥的形狀的LIG的掃描電鏡圖像；（c）圖案化為人面形狀的LIG的數碼照片；（d）（b）中圈出的LIG的掃描電鏡圖像；（e）與（d）中的正方形面積相對應的LIG的放大SEM圖像；（f）LIG的TEM圖像，平均晶格間距為∼3.4 Å，這與幾層石墨烯中相鄰（002）面之間的距離是一致的。插圖是來自（f）的SAED模式；（g）LIG和Kevlar纖維的拉曼光譜；（h）LIG的高解析度XPS C 1s譜；（i）LIG的XRD曲線

圖2 雷射誘導Kevlar轉變為石墨烯功能化織物。（a）Kevlar到LIG轉變的示意圖；（b）雷射輻射芳綸產生的氣體的GC-MS色譜圖；（c）在GC-MS色譜圖中從峰i至x確定的主要化合物。

圖3（a）不同雷射功率下製備的LIG的拉曼光譜；（b）在50 mm·s-1的固定掃描速率下，不同雷射功率產生的LIG樣品（2×0.5 cm2）的電阻；（c）在6.5 W的固定雷射功率下，不同掃描速率產生的石墨烯/Kevlar織物樣品（2×0.5 cm2）的電阻。

圖4 基於石墨烯/Kevlar織物的柔性全固態鋅空氣電池的電化學性能

圖5用於心電電極的石墨烯/Kevlar織物。（a）用於心電測量的石墨烯/Kevlar織物電極的示意圖；（b）用石墨烯/Kevlar紡織電極測量手臂的心電圖信號；（c）放大的ECG信號，顯示清晰的P波、QRS波群和T波。

圖6基於石墨烯/Kevlar織物的一體化智能防護服

以上研究以「Laser Writing of Janus Graphene/Kevlar Textile for Intelligent Protective Clothing」為題，發表在ACS Nano （DOI: 10.1021/acsnano.9b08638）上。

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