透明导电石墨烯纺织纤维技术

透明导电石墨烯纺织纤维技术

透明柔性电极广泛用于塑料和玻璃等各种基材。然而，迄今为止，尚未探索纺织基材上的透明电极。单层石墨烯的电气、机械和光学特性使其成为可穿戴电子产品应用中的透明电极。在这里，我们报告了通过铜箔上的化学气相沉积生长的单层石墨烯向纺织工业常用纤维的转移。石墨烯涂层光纤的薄层电阻低至每平方~1 kΩ，相当于通过相同的转移过程在硅基板上获得的值，光学透明度仅降低2.3%，同时在机械应力下保持高稳定性。通过这种方法，我们成功地实现了纺织电极的第一个例子，柔性并真正嵌入纱线中。

通过转移工艺用石墨烯涂覆聚丙烯纤维

以甲烷为碳源，在铜箔上通过化学气相沉积（CVD）合成了大面积单层石墨烯薄膜.生长后，在石墨烯/铜衬底上旋涂一层薄的聚偏丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，以在接下来的铜蚀刻过程中机械支撑石墨烯层。铜蚀刻后将石墨烯单层片转移到聚丙烯纤维上，随后进行热丙酮清洗以去除PMMA层。图1a说明了用石墨烯涂覆纺织纤维的主要步骤。选择作为基材的纤维呈现出粗糙度为10nm的表面（根据AFM测量确定，见图1b），并且使用了两种不同类型的纤维，胶带（PP）形式的聚丙烯单丝和聚乳酸（PLA）的生物基单丝。小心地去除PMMA层后，得到涂有连续石墨烯单层的纤维。石墨烯片与聚合物纤维直接接触，无撕裂，符合纤维的支架结构。图1b-e显示了石墨烯转移前后纤维的原子力显微镜（AFM）图像。在石墨烯沉积之前，还对纤维使用了光敏氧化工艺，采用紫外线臭氧（UVO）处理。UVO处理通过吸收短波长紫外线辐射及其与臭氧的反应来激发和解离溶剂分子，从而促进溶剂残留物的消除。这导致污染分子的解吸，使聚合物表面更均匀和光滑，从而获得更好的石墨烯附着力（图1f-i）。即使UVO处理增加了PP和PLA纤维的总体粗糙度，我们也观察到由于聚合过程引起的较大不规则性减少了。结果，纤维表面获得了更均匀和均匀的结构。UVO处理时均匀性的这种增益似乎也促进了石墨烯片的静电粘附。事实上，只有未经处理的纤维在石墨烯片上显示出一些有小撕裂的区域，这很可能是由于PMMA去除过程中独立石墨烯的损失造成的。这些可以在AFM相位信号中看到，它清楚地呈现了与刚性和粘附性相关的两种不同类型的相互作用，这可能对应于石墨烯覆盖的部分和裸露纤维表面的未覆盖段（见补充信息）。在有机单晶中观察到类似的粘附行为，其中厚度小于1μm的晶体通过静电力强烈地粘附到不同的基材上，例如玻璃32、无机绝缘体（如SiO2或 Al2O333）、金属膜（例如金、铂或镍34）、柔性绝缘体，如聚二甲基硅氧烷 （PDMS）35和其他有机晶体36如果表面足够平整37.

石墨烯转移过程和AFM成像。

（a） 一般石墨烯转移步骤：CVD在铜上的生长;聚甲基丙烯酸甲醛涂层;铜蚀刻;石墨烯转移到纤维中并去除PMMA。AFM振幅图像（5×5μm，比例尺为1μm）和粗糙度（Ra）相对于（b）PP（Ra = 45.10 nm）的纤维长度在3°处拍摄;（c） 聚丙烯+重力（Ra = 8.3纳米）;（d） 聚乳酸（Ra = 25纳米）;（e） 聚乳酸+重力（Ra = 12.3纳米）;（f） 聚丙烯紫外线（Ra = 8.1 nm）;（g） 聚丙烯紫外线+重力（Ra = 7.7纳米）;（h） 聚乳酸紫外线（Ra = 20.1纳米）;和 （i） 聚乳酸紫外线 + G （Ra = 10.3 nm）。紫外线处理使纤维更粗糙，但也更均匀，促进石墨烯粘附。图（c）显示石墨烯在未经处理的纤维中的覆盖不完整。