CN107503124A - 可用于可穿戴设备的银纳米线‑石墨烯导电纺织品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于可穿戴设备的银纳米线‑石墨烯导电纺织品，利用层层自组装（LBL）银纳米线（AgNWs）对纺织品进行改性，然后在AgNWs的最外层包裹石墨烯，最终得到具有优异的导电性能和耐洗牢度的导电纺织品，具有制备步骤简单，易于集成，基本不影响织物的穿着舒适性，耐用性好，成本低，获得抗菌、防紫外功能等优势，在可穿戴设备、保暖纺织品、电热纺织品、柔性电子传感器、超弹性导电复合纤维、自供能纺织品等领域有重要的应用价值。

Description

可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品
技术领域
本发明涉及一种可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品，属功能纳米材料领域。
背景技术
随着现代电子产品逐渐微型化、集成化和柔性化和人们对可穿戴纺织品需求的提高，纺织品逐渐朝着功能化、智能化和电子化的方向发展，因而将电子元器件和传统纺织品相结合的新一代柔性可穿戴纺织品为研究热点，在生物、医学、体育、军事、娱乐、航天等领域具有巨大的应用价值。
柔性可穿戴纺织品包括纺织品、电子元器件、导电材料和电源等部分，其中导电材料在柔性可穿戴纺织品中具有极其重要的作用，主要用于传输电能和信号。通常情况下，使用聚苯胺（PANI）、聚（3,4-乙烯基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）、聚吡咯、3-己基取代聚噻吩（P3HT）等导电聚合物涂覆纺织品或者将不锈钢纤维、银线与纺织纤维混编等方法，都能使纺织品获得导电性能。但是导电聚合物在实际应用中电阻偏大，且会影响纺织品的穿着舒适性、手感和透气透湿性能。不锈钢纤维和银线缺乏柔性，无法满足柔性可穿戴的需求。石墨烯、碳纳米管、一维金属纳米线等导电纳米材料的出现为柔性可穿戴纺织品的进一步发展提供了很好的契机。
银纳米线（AgNWs）具有高比表面积、导热、导电、透光、延展性、机械强度和柔性等性能，在柔性导电薄膜、太阳能电池、触摸屏、显示屏、传感器等领域应用广泛（中国材料进展, 2016(07): 545-551）。随着研究的不断深入，人们发现将AgNWs与纺织品结合具有诸多优点，是制备导电纺织品的理想方法之一。目前AgNWs导电纺织品的制备方法主要以后组装法为主，已报道的纤维类型包括：棉、涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯PET）、粘胶、尼龙（聚酰胺PA）、聚氨酯（PU）、棉/氨纶包芯纱等。AgNWs与纤维之间的作用主要以范德华力和氢键形式存在的物理吸附为主，其结合牢度偏弱（化学进展, 2017, 29(8): 892-901）。
AgNWs作为一种重金属材料，如果长期接触人体皮肤，有可能产生安全隐患。一些研究者在AgNWs外层再包裹一层石墨烯材料。福州大学李福山课题组（Wu C, Kim T W, LiF, Guo T. ACS Nano, 2016, 10(7):6449；Wu C, Kim T W, Guo T, Li F. Nano Energy,2017, 32:367）使用刮刀涂布（blade-coated）的方法在涤纶织物表面依次涂覆AgNWs和氧化石墨烯，经水合肼还原后最终得到AgNWs/石墨烯包覆的涤纶织物。石墨烯包覆大大提高了AgNWs在涤纶织物表面的附着和空气中的稳定性。南京邮电大学张自强首先利用毛细诱导自组装的方法将AgNWs组装在尼龙纱线上，得到AgNWs导电纱线，然后将制备好的AgNWs导电纱线浸渍在氧化石墨烯溶液中进行二次组装，最后再将氧化石墨烯还原，得到石墨烯包裹的AgNWs导电纱线（张自强. 导电纳米材料在纤维表面的毛细自组装及性能研究[D].南京邮电大学,2016）。但与AgNWs与纺织纤维之间的作用原理类似，最外层的石墨烯材料与内层的AgNWs之间仍然以物理吸附为主，两者之间的结合牢度有待提高。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品。
本发明通过下述技术方案予以实现：
（1）将银纳米线配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1-1:10，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；（2）将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成0.1-10g/L的水溶液，随后将纺织品浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述纺织品浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层银纳米线组装到纺织品的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线和端氨基超支化聚合物修饰银纳米线整理液中重复上述操作，根据需要决定纺织品表面银纳米线组装的层数；（3）将上述纺织品浸渍在80℃、1-10g/L的氧化石墨烯水溶液中60-180min，浴比1:50，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后，置于还原剂中进行还原，洗涤、抽滤、真空干燥后得到可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品。
作为优选方案，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、柠檬酸钠、维生素C、氢碘酸、茶多酚中的一种或多种。
银纳米线采用多元醇法合成，具体步骤可参考文献：彭勇宜,徐国钧,代国章,李宏建. 银纳米线的多元醇法制备工艺条件研究[J]. 材料导报,2015,29(22):79-81+86；夏兴达,杨兵初,张祥,周聪华. 多元醇热法制备银纳米线及其在透明导电薄膜中的应用[J].功能材料,2016,47(05):5091-5095；李逸群. 液相多元醇法可控合成金属银纳米线及其在透明导电膜中的应用[D].兰州大学,2015；马晓,游芳芳,冯晋阳,赵修建. 多元醇法制备一维Ag纳米线[J]. 人工晶体学报,2014,43(03):587-591；郭瑞萍,郑敏,章海霞. 微波辅助多元醇法快速制备Ag纳米线的研究[J]. 太原理工大学学报,2013,44(01):76-80；中国发明专利CN201610804238.9；中国发明专利CN201710357029.9。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用带负电的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线与带正电的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线、带正电的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线与带负电的氧化石墨烯之间的静电作用，作为成膜推动力，对纺织品进行改性，得到具有优异的导电性能和耐洗牢度的纺织品，在可穿戴设备、高档纺织品、功能材料等领域有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
（1）将银纳米线配制成1g/L的水溶液，然后加入1g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；（2）将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成1g/L的水溶液，随后将棉布浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉布浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；（3）将上述棉布浸渍在80℃、1g/L的氧化石墨烯水溶液中60min，浴比1:50，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后，置于水合肼溶液中90℃还原2h，洗涤、抽滤、真空干燥后得到银纳米线-石墨烯导电棉布。
实施例2
（1）将银纳米线配制成5g/L的水溶液，然后加入5g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:5，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；（2）将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成5g/L的水溶液，随后将蚕丝织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中30min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述蚕丝织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中30min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层银纳米线组装到蚕丝织物的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线和端氨基超支化聚合物修饰银纳米线整理液中重复三次上述操作；（3）将上述蚕丝织物浸渍在80℃、5g/L的氧化石墨烯水溶液中100min，浴比1:50，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后，置于柠檬酸钠中90℃还原12h，洗涤、抽滤、真空干燥后得到银纳米线-石墨烯导电蚕丝。
实施例3
（1）将银纳米线配制成10g/L的水溶液，然后加入10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:10，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；（2）将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成10g/L的水溶液，随后将涤纶织物浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述涤纶织物浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层银纳米线组装到涤纶织物的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线和端氨基超支化聚合物修饰银纳米线整理液中重复五次上述操作；（3）将上述涤纶织物浸渍在80℃、10g/L的氧化石墨烯水溶液中180min，浴比1:50，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后，置于硼氢化钠中60℃还原5h，洗涤、抽滤、真空干燥后得到银纳米线-石墨烯导电涤纶。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品的制备方法，其特征在于：
步骤一：将银纳米线配制成1-10g/L的水溶液，然后加入1-10g/L的端氨基超支化聚合物或端羟基超支化聚合物水溶液，常温下匀速搅拌反应24h后，用去离子水和乙醇反复洗涤、干燥后得到端氨基超支化聚合物修饰银纳米线或端羟基超支化聚合物修饰银纳米线；
步骤二：将端氨基超支化聚合物修饰银纳米线和端羟基超支化聚合物修饰银纳米线分别配制成0.1-10g/L的水溶液，随后将纺织品浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述纺织品浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层银纳米线组装到纺织品的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线和端氨基超支化聚合物修饰银纳米线整理液中重复上述操作，根据需要决定纺织品表面银纳米线组装的层数；
步骤三：将上述纺织品浸渍在80℃、1-10g/L的氧化石墨烯水溶液中60-180min，浴比1:50，反应结束后用乙醇和去离子水反复洗涤、抽滤、干燥后，置于还原剂中进行还原，洗涤、抽滤、真空干燥后得到可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品。
2.根据权利要求1所述的可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品的制备方法，其特征在于，所述银纳米线采用多元醇法合成。
3.根据权利要求1所述的可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品的制备方法，其特征在于，所述端氨基超支化聚合物或所述端羟基超支化聚合物水溶液与银纳米线水溶液的体积比为1:1-1:10。
4.根据权利要求1所述的可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品的制备方法，其特征在于，所述纺织品包括天然纤维、化学纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品的制备方法，其特征在于，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、柠檬酸钠、维生素C、氢碘酸、茶多酚中的一种或多种。
6.按权利要求1制备方法得到的可用于可穿戴设备的银纳米线-石墨烯导电纺织品。
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