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棉织物上石墨烯氧化物的单步共组装,适用于耐用的导电和光热应用

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1成果简介



  弱界面粘附仍是实现棉质功能性纺织品持久导电性的主要障碍。本文,山东理工大学韩祥生、Yinghong Xu等研究人员在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“One-step lignin-mediated co-assembly of graphene oxide on cotton fabrics for durable conductive and photothermal applications”的论文,研究提出一种可持续且简便的一步法策略,利用硫酸盐木质素(KL)的固有粘附性在棉纤维表面构建稳定导电层

  将棉织物浸入KL/氧化石墨烯(GO)分散液中,经碱诱导凝固与原位化学还原处理,实现KL与GO在纤维表面的协同组装。改性棉织物((GxLy)z@CF)展现出高电导率(达~7.5 S/m)与卓越的机械耐久性,经反复弯曲(500次)、磨损(5000次)及洗涤(45分钟)测试后,其电阻变化ΔR/R₀始终小于3.2。优异的导电性与稳定性使(GxLy)z@CF有望作为表皮传感器用于人体动作检测。此外,(GxLy)z@CF还展现出卓越的光热转换能力,在模拟太阳辐射(1000 W·m⁻²)照射下,表面温度可在300秒内快速升至约75°C。这种木质素介导的组装体系为开发持久导电纺织品提供了可持续路径,有望应用于可穿戴传感与光热转换领域。

2图文导读



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



  图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.



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



  图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小结

  本研究提出一种简便策略,利用木质素(KL)的固有粘附性促进KL与导电氧化石墨烯(GO)在棉纤维表面的协同组装,从而构建出稳定的导电棉纤维((GxLy)z@CF)。硫酸木质素通过氢键与π-π堆积等多重分子间作用,实现导电组分的牢固锚定,形成均匀且高度稳定的导电层。所得(GxLy)z@CF展现出约7.5 S/m的高电导率,并在机械变形、磨损及反复洗涤循环中保持卓越耐久性(ΔR/R0 < 3.2)。功能评估表明,该复合材料可实时可靠监测人体生理活动(如关节弯曲与吞咽动作),同时展现高效光热转换能力——在1000 W·m⁻²光照下温度可达约75 °C。相较于传统棉纤维表面改性方法,该一步法木质素辅助工艺省去了复杂预处理步骤,为制备耐久导电纺织品提供了可持续、高效且环保的途径。该策略在智能可穿戴电子设备及多功能纺织基器件领域展现出广阔应用前景。

  文献:
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172229



  来源 :材料分析与应用

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