برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۱۲/۲۵ تا ۱۳۹۸/۰۱/۰۲

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۶,۹۲۱
  • بازدید این ماه ۳۶۲
  • بازدید امروز ۱۳
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۳۸
  • قبول شدگان ۳۱
  • شرکت کنندگان یکتا ۳۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۸۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربردهای گرافن در صنعت نساجی

در سال‌های اخیر استفاده از گرافن به دلیل خصوصیات منحصربه‌فرد آن از جمله وزن سبک، خواص مکانیکی، هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و ... در زمینه‌های مختلف افزایش یافته است. بدین ترتیب با تولید منسوجات رسانای الکتریکی، هادی حرارتی، ضد میکروب، ضد آب و ... به کمک ترکیبات گرافنی می‌توان تحولی بزرگ در بازار منسوجات هوشمند و الکترونیکی، منسوجات نظامی، پزشکی و بهداشتی ایجاد کرد.
1- مقدمه
گرافن، یک تک لایه دو بعدی از اتم‌های کربن با ساختار فشرده شش‌وجهی است. این ماده همانند نانولوله‌های کربنی دارای مساحت سطح به حجم بالا و جنبش ذاتی بسیار زیادی است. همچنین از نظر حرارتی پایدار بوده و خاصیت هدایت حرارتی آن از نانولوله‌های کربنی و فلزاتی مانند طلا، نقره و مس بیشتر است. از طرفی خواص مکانیکی آن نیز قابل توجه است. به عنوان مثال، گرافن تک لایه دارای مدول یانگی برابر GP 1100 و استحکام کششی GP 130 است. همچنین گرافن تک لایه خاصیت شفافیت نوری مناسبی دارد. این خواص گرافن را به یک ماده مناسب جهت تقویت نانوکامپوزیت‌های هادی حرارت و الکتریسیته، تولید فیلم‌های هادی شفاف، فیلم‌های کربنی نازک، حسگرهای شیمیایی و زیستی، حامل دارو و ژن، جاذب فلزات سنگین و ... تبدیل می‌کند [1].
گرافن به شکل‌های مختلفی از جمله نانوصفحات گرافن (GNP)، نانونوارهای گرافن (GNR) یا اکسید گرافن (GO) وجود دارد. به طور کلی نانونوارهای گرافن از طریق جدا شدن نانولوله‌های کربنی طی عملیات اکسیداسیون شیمیایی، اکسید گرافن توسط اکسیداسیون گرافیت و نانوصفحات گرافن توسط جداسازی گرافیت با استفاده از شکافتن میکرومکانیکی تهیه می‌شوند. مواد بر پایه گرافن را به راحتی می‌توان توسط پلیمرها، مولکول‌های کوچک و مولکول‌های زیستی از طریق برهم‌کنش‌های غیرکووالانسی اصلاح کرد تا خواص حرارتی، مکانیکی و الکتریکی آن‌ها بهبود یابد [1]. شکل 1 تصویر میکروسکوپ الکترونی نانوصفحات گرافن و نانونوار گرافن را نشان می‌دهد.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1- تصویر میکروسکوپ الکترونی نانوصفحات گرافن و نانونوار گرافن
2- سنتز نانوذرات بر پایه گرافن
روش‌های مختلفی جهت سنتز مواد بر پایه گرافن وجود دارد که به طور کلی در دو دسته سنتز بالا به پایین و پایین به بالا تقسیم‌بندی می‌شوند. در روش اول، سنتز گرافن با استفاده از گرافیت حجیم آغاز می‌شود، در حالی که در سنتز پایین به بالا، گرافن بر روی مواد مختلفی رشد داده شده و در انتها جدا می‌شود. روش‌های مختلف سنتز گرافن به طور خلاصه در شکل 2 نشان داده شده است [2].
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2- روش‌های مختلف سنتز گرافن
3- خصوصیات گرافن
به طور کلی مهم‌ترین ویژگی‌های گرافن که کاربرد آن را در زمینه‌های مختلف افزایش می‌دهند، عبارتند از:
• چگالی پایین
• شفافیت بالا
• مستحکم بودن (حتی نسبت به الماس)
• مدول الاستیسیته بالا و مقاومت خوب در برابر تغییر شکل
• هدایت الکتریکی و حرارتی عالی
• خاصیت دفع آب
• اثر سمیت قوی برای انواع باکتری‌ها (خاصیت ضدمیکروب)
• مقاومت در برابر نفوذ گازها [3].
باوجود مزایای ذکرشده، مهم‌ترین چالش استفاده از مواد بر پایه گرافن، پخش شدن کم آن‌ها در حلال‌های آلی است. یکی از روش‌های غلبه بر این مشکل، عامل‌دار کردن گرافن با استفاده از گروه‌های هیدروکسیل، اپوکسی و کربوکسیلیک است. همچنین گرافت کردن ماکرومولکول‌های مختلف به گرافن، هم از تجمع نانوذرات گرافن جلوگیری کرده و هم پایداری حرارتی را بهبود می‌بخشد [2].

4- الیاف و پارچه‌های تکمیل‌شده با گرافن
گرافن می‌تواند در صنعت نساجی یا به صورت الیاف یا به عنوان ماده تکمیلی در تولید انواع پارچه با اهداف مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

1-4- الیاف گرافن
الیاف گرافن در دو دسته کلی طبقه‌بندی می‌شوند: الف) الیاف خالص گرافن، ب) الیاف کامپوزیتی گرافن
الیاف گرافن خالص توسط روش ترریسی تهیه شده و الیاف کامپوزیتی مانند اکسید گرافن/آلجینات، پلی‌وینیل الکل/نانولوله کربن/گرافن، گرافن/نایلون 6 توسط روش ذوب‌ریسی، محلول‌ریسی و الکتروریسی تهیه می‌شوند. به عنوان مثال تیان و همکاران، الیاف کامپوزیتی گرافن/سلولز را به روش ترریسی تولید کرده و مشاهده کردند که با افزایش 0/2% از گرافن، حدود 50% افزایش در استحکام کششی حاصل شد و همچنین دمای تخریب اولیه آن نیز افزایش یافت. شکل 3 تصاویری از الیاف و نخ گرافن ریسندگی شده را نشان می‌دهد [1].

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3- تصاویری از الیاف و نخ گرافن ریسندگی شده [1]

از طرفی الیاف و نخ‌های گرافن به دلیل حجم کوچک، انعطاف‌پذیری بالا و قابلیت بافت، به عنوان ابرخازن‌های نسل آینده برای تولید منسوجات پوشیدنی و قابل حمل نیز کاربرد دارند. از طرفی علاوه بر استفاده از گرافن خالص، می‌توان ترکیبی از مواد بر پایه گرافن و دیگر مواد فعال الکتریکی را مانند اکسیدهای فلزی، هیدروکسیدها، پلی‌پیرول و ... جهت تولید منسوجات پوشیدنی هوشمند به کار برد. به عنوان مثال، نخ تشکیل شده از اکسید گرافن و ورقه‌های طلا به عنوان یک ابرخازن جهت کاربرد در منسوجات هوشمند استفاده می‌شود [4]. همچنین تیمی متشکل از محققان بین‌المللی در دانشگاه Nanyung Technical سنگاپور موفق به تولید ابرخازن‌های لیفی متشکل از الیاف نانولوله کربن و گرافن شدند که به دلیل قابلیت انعطاف، امکان استفاده از آن‌ها در منسوجات بافته شده وجود دارد. این ابرخازن‌ها از قابلیت شارژ و تخلیه بیش از 10000 چرخه برخوردار است. در تولید این محصول از روش گرمایش و اتصال ورقه‌های میکرومتری گرافن و نانولوله‌های کربن برای تولید فیلامنت استفاده می‌شود [5]. همچنین در مطالعه‌ای که توسط ابوطالبی و همکاران انجام شده است، نخ‌های گرافنی با تخلخل زیاد، انعطاف‌پذیری و استحکام بالا با استفاده از بلور‌های مایع ساخته‌شده از صفحات بسیار بزرگ اکسید گرافن به روش ترریسی تهیه شده است. این نخ‌‌ها به دلیل مدول یانگ بالا و ظرفیت الکتریکی زیاد می‌توانند به‌ عنوان قطعه سازنده‌ ابر خازن‌ها، در کاربردهای مختلف منسوجات هوشمند مورد استفاده قرار گیرند [6].

2-4- پارچه‌های تکمیل‌شده با گرافن
با توجه به خصوصیات ذکرشده در مورد گرافن، این ماده می‌تواند در تکمیل انواع پارچه به منظور ایجاد قابلیت‌های مختلف در آن‌ها مورد استفاده قرار گیرد. در این بخش به توضیح مختصری راجع‌به هر یک پرداخته می‌شود.

1-2-4- پارچه‎‌های هدایت‌‌کننده حرارت
هدایت حرارتی به معنای توانایی یک ماده در انتقال انرژی به شکل گرما است. امروزه تمرکز بر روی پارچه‌های هادی حرارت به دلیل ایجاد خاصیت سرمایشی خصوصاً برای افرادی که در مناطق گرمسیر زندگی می‌کنند، افزایش یافته است. انتقال حرارت معمولاً از ناحیه با دمای بالا به ناحیه با دمای پایین‌تر اتفاق می‌افتد. دمای بدن انسان در حالت معمول 37 درجه سانتی‌گراد است، اما به دلیل پوشش و فعالیت‌های فیزیکی، سطح انرژی بدن بالا رفته و در نتیجه دما افزایش می‌یابد و این امر در فصول گرم سبب ایجاد ناراحتی در فرد می‌شود. از طرفی همان‌طور که می‌دانید، منسوجات عایق حرارت بوده یا هدایت حرارتی بسیار ضعیفی دارند. بدین منظور از روش پوشاندن سطح منسوج با مواد دارای خاصیت هدایت حرارتی استفاده می‌شود. در گذشته از سیم‌های هادی به منظور ایجاد خاصیت هدایت حرارتی در منسوجات استفاده می‌شد اما راحتی پوشش را برای لباس فراهم نمی‌کرد. امروزه از مواد گرافنی به دلیل خاصیت هدایت حرارتی ویژه برای پوشش سطح منسوج استفاده می‌کنند. گرافن تک لایه در دمای اتاق دارای هدایت حرارتی Wm-1k-1 5300 است [7].

2-2-4- پارچه‌های رسانای الکتریکی
مواد بر پایه گرافن دارای خاصیت هدایت الکتریکی بالایی بوده و به همین دلیل به منظور افزایش هدایت الکتریکی انواع کامپوزیت‌ها و تهیه منسوجات هوشمند و الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیبات گرافنی نسبت به دیگر نانومواد، دارای آستانه نفوذ الکتریکی (electrical percolation threshold) بسیار پایینی هستند و این امر بدین معنی است که مقدار کم گرافن به عنوان یک ماده هادی سبب ایجاد هدایت مؤثر در پلیمر و یا منسوج می‌شود که علت آن هدایت الکتریکی بالای گرافن و نسبت طول به قطر زیاد آن است [2]. نمونه‌ای از کاربردهای منسوجات رسانای تهیه شده با گرافن، استفاده از آن‌ها جهت تولید حسگرهای پوشیدنی شیمیایی و گازی است.

3-2-4- پارچه‌های ضدمیکروب
بار سطحی، آب‌گریزی و ناهمواری سطح از مهم‌ترین عواملی هستند که به نوع مشتقات گرافن بستگی دارند و دارای تأثیر بسزایی بر روی خواص ضدمیکروب گرافن هستند. مکانیسم‎‌های متعددی از جمله تولید اکسیژن واکنشی، تنش اکسیداتیو و استخراج فسفولیپید از غشاء باکتریایی در مورد اثر ضدمیکروب گرافن وجود دارد. به طور کلی می‌توان گفت مکانیسم ضدمیکروب مواد بر پایه گرافن طی سه مرحله اتفاق می‌افتد:
• قرار گرفتن ماده گرافنی بر روی سلول باکتریایی
• ایجاد تنش غشایی در اثر تماس مستقیم با نانوورقه‌های تیز گرافنی در سلول
• ایجاد اکسیداسیون مستقل یونی
در تحقیقی که توسط لیو و همکارانش انجام شده است، خواص ضدمیکروبی سوسپانسیون اکسید گرافن در مقابل باکتری E.coli بررسی شده و میزان 98/5% اثر ضدمیکروب گزارش شده است. همچنین در مطالعه‌ای دیگر اثر گرافن بر روی سلول‌های باکتریایی موش‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که به علت ایجاد تنش اکسیداتیو توسط ورقه‌های تیز گرافن و تخریب غشا سلولی، اثر ضدمیکروب قابل توجهی در نمونه مورد نظر مشاهده شده است.
از طرفی می‌توان خاصیت ضدمیکروب ترکیبات گرافنی را به کمک انواع نانوذرات ضد میکروب دیگر نیز افزایش داد. برای این منظور می‌توان از گرافن بارگذاری‌شده با انواع نانوذرات مانند نقره، طلا، مس، اکسید تیتانیوم، اکسید روی، اکسید آهن و سولفید مس به منظور افزایش اثر ضدمیکروب آن بهره برد. به عنوان مثال شکل 4 اثر نانوذرات گرافن حاوی نقره را بر روی لایه الکتروریسی شده پلی‌لاکتیک کو-گلایکولیک اسید/کیتوسان نشان می‌دهد. با وجود نانوذرات نقره با بار مثبت، از طریق برهم‌کنش با دیواره باکتریایی با بار منفی، سلول‌های باکتری تخریب می‌شوند [8].

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4- اثر نانوذرات گرافن حاوی نقره بر روی لایه الکتروریسی شده پلی‌لاکتیک کو-گلایکولیک اسید/کیتوسان [8]
در شکل 5 نیز اثر ضدمیکروب بهبودیافته‌ ورقه‌های گرافنی پوشانده شده با نانوذرات طلا نشان داده شده است. در اثر تماس باکتری با سطح، به علت خروج قند و پروتئین از غشا سلولی، مرگ سلول باکتری به سرعت اتفاق می‌افتد [8].
filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل 5- اثر ضدمیکروب ورقه‌های گرافنی پوشانده شده با نانو ذرات طلا [8]

4-2-4- پارچه‌های کندسوز
استفاده از ترکیبات کربنی از جمله گرافن و مشتقات آن، علاوه بر خواص مکانیکی، هدایت حرارتی و الکتریکی، سبب ایجاد خاصیت کندسوزی در منسوجات نیز می‌شود. مهم‌ترین مکانیسم‌های ایجاد تأخیر در شعله شامل کاهش پخش گازهای حاصل از سوختن و کاهش اکسیژن است. بدین ترتیب گرافن، به دلیل خاصیت ممانعت از پخش و نفوذ گاز، به عنوان یک ترکیب مؤثر کندکننده شعله عمل می‌کند. در شکل 6 مکانیسم ایجاد تأخیر در شعله توسط لایه نانوذرات نشان داده شده است [9].
filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 6- مکانیسم ایجاد تأخیر در شعله توسط لایه نانوذرات [9]
5-2-4- پارچه‌های ضدگلوله
علاوه بر خواص ذکر شده در مورد گرافن از جمله استحکام کششی، خواص الکترونیکی و ...، این ماده دارای مقاومت زیادی در برابر ضربه است. بنابراین می‌تواند به عنوان یک گزینه مناسب در تولید پوشاک نظامی مورد استفاده قرار گیرد. اخیراً مطالعات زیادی بر روی خواص مقاومت در برابر ضربه گرافن انجام شده است. به عنوان مثال محققان دانشگاه ماساچوست در طرحی 10 تا 100 لایه از گرافن را که دارای ضخامتی بین 10 تا 100 نانومتر بودند، تحت آزمایش قرار دادند. نتایج طرح نشان می‌دهد که نیروی مقاومتی لایه‌های گرافن در برابر برخورد گلوله‌ها، نسبت به پارچه کولار دو برابر بوده و نسبت به ورقه فولاد، ده برابر است. تنها اثری که این گلوله‌ها بر لایه گرافن دارند، تغییر شکل آن به یک شکل مخروطی در محل اصابت گلوله است که البته این مشکل را می‌توان با استفاده از مقدار گرافن بیشتر یا به کمک یک ماده تقویت‌کننده مانند سرامیک برطرف کرد [10]. در فیلم آموزشی زیر می‌توان استحکام قابل توجه گرافن را در مقابل ضربه‌های ناشی از گلوله مشاهده کرد [11].

6-2-4- پارچه‌های ضدآب
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های گرافن ایجاد خاصیت آب‌گریزی بر روی سطح است. در واقع گرافن خالص مانند برگ لوتوس خاصیت آب‌گریزی از خود نشان می‌دهد، در حالی که اکسید گرافن دارای خاصیت آب‌دوستی است. مطالعاتی که توسط لین و همکارانش انجام گرفته، نشان‌دهنده‌ خاصیت ضد آب بالای گرافن است. بدین ترتیب گرافن می‌تواند به عنوان یک پوشش محافظ در برابر خراش و عوامل فیزیکی باشد [12].

5- کاربردهای گرافن
به طور کلی استفاده از گرافن منجر به کاهش وزن در پوشاک شده و از طرفی به دلیل وزن سبک، الاستیسیته و خاصیت هدایتی بالا می‌تواند جایگزین خوبی برای الیاف مصنوعی مانند نایلون و پلی‌استر باشد. همچنین با توجه به تولید انواع پارچه‌های هدایت‌کننده حرارت، پارچه‌های رسانا، ضدآب، ضدمیکروب و ... با استفاده از گرافن، می‌توان از آن‌ها جهت کاربرد در تکنولوژی تولید منسوجات هوشمند و الکترونیکی در زمینه پزشکی، ورزشی، نظامی و همچنین حسگرهای حرارتی و الکتریکی بهره برد [3]. شکل 7 به برخی از کاربردهای مواد بر پایه گرافن اشاره دارد [1].
filereader.php?p1=main_8f14e45fceea167a5
شکل 7- برخی ازکاربردهای مواد بر پایه گرافن [1]
1-5- گرافن در منسوجات هوشمند و الکترونیکی
منسوجات هوشمند که به عنوان منسوجات الکترونیکی نیز شناخته می‌شوند، به دلیل کاربردهای گسترده در حسگرهای زیستی، تولید حرارت، مراقبت‌های بهداشتی، نمایشگرهای قابل پوشش و ... اخیراً مورد توجه قرار گرفته‌اند. یک منسوج الکترونیکی پوشیدنی علاوه بر وزن سبک، استحکام بالا و خواص مکانیکی فوق‌العاده، باید رسانا باشد. ترکیب فلزات و پلیمرهای رسانا به عنوان متداول‌ترین روش جهت دستیابی به منسوجات رسانا مطرح می‌شود اما متأسفانه در این روش خاصیت هدایت نوری ایجاد شده در پارچه بسیار کم بوده و همچنین انعطاف‌پذیری آن کاهش می‌یابد. از طرفی وزن پارچه افزایش یافته و همچنین تغییرات عمده در بافت و زیردست آن حاصل می‌شود. در این مورد، مواد بر پایه گرافن به عنوان یک گزینه مناسب جهت ایجاد خواص هدایت نوری بدون هرگونه اثر منفی بر روی پارچه تلقی می‌شوند. در سال‌های اخیر گرافن، به دلیل خواص هدایتی ویژه و تولید پارچه‌های هادی حرارت و الکتریسیته، جهت تولید انواع منسوجات هوشمند و الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است. بدین ترتیب نخ‌های رسانای پوشش داده شده با نانوساختارهای گرافنی از جمله موادی هستند که به عنوان حسگر در منسوجات مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع از آن جا که عمده منسوجات (طبیعی و مصنوعی) عایق هستند، لذا به منظور دستیابی به نسل جدید منسوجات هوشمند الکترونیکی، تولید منسوجات رسانا به کمک نانوساختارهای موجود، امری مهم تلقی می‌شود و ترکیبات گرافنی به دلیل خواص هدایتی الکتریکی و حرارتی بالا، از متداول‌ترین موادی هستند که به منظور تولید منسوجات رسانای هوشمند در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند [13و1].
به عنوان مثال در تحقیقی که اخیراً در دانشگاهی در کره جنوبی انجام شده، از پارچه‌های رسانای پوشش داده شده با گرافن به منظور تشخیص گازهای سمی و آگاه کردن شخص از وجود گاز با استفاده از نور LED استفاده شده است. در واقع هدف از این پژوهش تولید منسوج الکترونیکی پوشیدنی حساس به گاز است. بدین ترتیب منسوج هوشمند پوشش داده‌شده با گرافن در مقابل گاز دی‌اکسید نیتروژن که از سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود، بسیار حساس بوده و به محض تشخیص آن، مقاومت الکتریکی گرافن تغییر کرده و LED را روشن می‌کند. نمونه‌ای از این منسوج قابل پوشش در شکل 8 نشان داده شده است [14].

filereader.php?p1=main_c9f0f895fb98ab915
شکل 8- نمونه‌ای از حسگر گازی بر پایه گرافن [14]
2-5- گرافن در منسوجات نظامی
همان‌طور که توضیح داده شد، یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های گرافن استفاده از آن در تهیه پارچه‌های ضد گلوله است که می‌توانند در تولید منسوجات نظامی مورد استفاده قرار گیرند. همچنین این ماده به دلیل خصوصیات منحصر به فرد به عنوان یک تقویت‌کننده مناسب جهت تولید سیالات سخت‌شونده برشی (STF) در تولید زره‌های مایع نیز مطرح می‌شود. این سیالات در واقع مخلوطی از نانوذرات اکسید فلزی سخت مانند نانوسیلیکا یا سیلیکون دی‌اکسید معلق در یک سیال نیوتنی مثل آب یا پلی‌اتیلن گلایکول هستند؛ اما شکنندگی و مقاومت پایین نانوذرات سیلیکا در برابر تنش‌های مکانیکی، عملکرد سوسپانسیون نانوسیلیکا/پلی‌اتیلن گلایکول را کاهش می‌دهد. بدین ترتیب برای رفع این مشکل از اکسید گرافن استفاده می‌شود که هم قابلیت دیسپرس شدن نانوذرات را در محلول افزایش می‌دهد و هم عملکرد محافظتی سوسپانسیون نانوسیلیکا/پلی‌اتیلن گلایکول را بهبود می‌بخشد. در واقع استفاده از اکسید گرافن در تهیه سیال سخت‌شونده برشی، می‌تواند منجر به تغییر خواص رئولوژیکی آن شود. طبق مطالعات و بررسی‌ها، اضافه کردن مقدار کمی از اکسید گرافن به سیال ضخیم‌شونده برشی بر پایه سیلیکا، منجر به تغییرات قابل توجه در ویسکوزیته، نرخ برش بحرانی، مدول باقیمانده و مدول از دست‌رفته سیال STF می‌شود [15].

3-5- گرافن در منسوجات پزشکی و بهداشتی
امروزه پیشرفت در سیستم‌های پایش سلامت قابل پوشش، می‌تواند سهم بسزایی در پزشکی و بهبود سلامت بیماران ایفا کند. در واقع به کمک ابزارهای قابل پوشش، امکان پایش سیگنال‌های فیزیولوژیکی به طور مداوم در طول فعالیت‌های روزانه وجود دارد و این امر بر بسیاری از مشکلات ناشی از عدم مراجعه مکرر به پزشک غلبه می‌کند. در این راستا استفاده از منسوجات رسانا بر پایه نانومواد گرافنی به منظور اندازه‌گیری سطح جریان خون، ثبت عملکردهای حیاتی، اندازه‌گیری دمای بدن و فشار در افراد بیمار و سالمند مورد استفاده قرار می‌گیرند. دستکش‌های جراحی حاوی سنسورهای هوشمند، سنسورهای پایش سلامت قابل چاپ روی البسه، پوشک‌های شامل ابزارهای تشخیص و ... همه نمونه‌هایی از منسوجات هوشمند الکترونیکی مورد استفاده در حوزه پزشکی و بهداشتی هستند. استفاده از نانوساختارهای رسانای بر پایه گرافن در ساخت این نوع منسوجات هوشمند بسیار حائز اهمیت است [16].
حسگرهای پوشیدنی مورد استفاده در بخش پزشکی و بهداشت باید درجه حساسیت بالایی داشته باشند و در واقع قادر به حس کردن هرگونه تغییرات متفاوت باشند. همچنین این حسگرها باید قابلیت این را داشته باشند که داخل لباس قرار گرفته و از طرفی راحتی لازم را برای شخص فراهم کنند و مانع انجام فعالیت‌های فیزیکی نشوند. هزینه ساخت پایین نیز از دیگر عواملی است که در تولید حسگرهای پوشیدنی همواره باید به آن توجه کرد. روش‌های مختلفی جهت تولید حسگرهای پوشیدنی مورد استفاده در پزشکی و سلامت وجود دارد که عمدتاً بر پایه استفاده از نانوذرات، نانوسیم‌ها، نانولوله‌های کربنی و گرافن هستند. در میان این مواد، گرافن به دلیل وزن سبک، قیمت کمتر و خواص مکانیکی و الکتریکی عالی به عنوان یک گزینه ایده‌آل برای ساخت حسگرهای پوشیدنی مطرح می‌شوند [17].
به عنوان مثال در تحقیقی که اخیراً انجام شده است، از منسوج هوشمند بر پایه گرافن جهت پایش بیماران مبتلا به دیابت استفاده شده است و این کار بسیاری از مشکلات ناشی از گرفتن نمونه خون از بیمار و تعیین قند خون را کاهش می‌دهد. بدین ترتیب با استفاده از یک منسوج پوشیدنی هوشمند بر پایه گرافن، می‌توان غلظت گلوکز خون را بدون اضطراب و درد تعیین کرد [18]. همچنین به دلیل آن که مواد گرافنی دارای خاصیت ضد میکروب هستند و از طرفی خاصیت ضد باکتری آن‌ها توسط نانوذرات دیگر بهبود می‌یابد، لذا پارچه‌های ضد میکروب تهیه شده از این دسته از نانومواد می‌توانند در بخش پزشکی و بهداشتی مورد استفاده قرار گیرند.

4-5- گرافن در پوشاک ورزشی
استفاده از نانوذرات گرافن در پوشاک ورزشی به‌طور قابل‌توجهی عملکرد ورزشکاران را بهبود می‌بخشد. ویژگی کلیدی این منسوجات هوشمند، ایجاد یک فیلتر حرارتی میان بدن و محیط بیرونی و حفظ دمای ایده‌آل برای فرد است که این امر ناشی از خاصیت هدایت حرارتی گرافن است. از طرفی به دلیل خاصیت ضدمیکروب و ضدآب گرافن، می‌توان پوشاک ورزشی با خواص ضدمیکروب و ضدآب تولید کرد که سبب بهبود عملکرد ورزشکار می‌شود. بنابراین خصوصیات کلی پوشاک ورزشی گرافنی عبارتند از:
• تنظیم حرارت بدن در حالت ایده‌آل در شرایط اقلیمی متفاوت، اتلاف حرارت در فصول گرم و توزیع همگن حرارت در فصول سرد
• خاصیت انتشار سریع بار الکتریکی ساکن و ایجاد احساس راحتی
• خاصیت ضدباکتری برای جلوگیری از رشد و تکثیر باکتری و ایجاد بوی نامطبوع در پوشاک
• خشک شدن سریع پوشاک ناشی از هدایت حرارتی مناسب منسوج
• افزایش سرعت و عملکرد ورزشکار حین فعالیت با کاهش اصطکاک منسوج با هوا و آب [19].
6- بحث و نتیجه‌گیری
در این مقاله به بررسی کاربرد گرافن در صنعت نساجی پرداخته شده است. در ابتدا ویژگی‌های گرافن، روش‌های سنتز آن و انواع پارچه‌های تهیه شده با استفاده از ترکیبات گرافنی مورد بحث قرار گرفته است. سپس به مهم‌ترین کاربردهای این منسوجات در بخش تجهیزات پوشیدنی هوشمند، پوشاک نظامی، ورزشی، پزشکی و بهداشتی اشاره شده است.

منابـــع و مراجــــع

[1] ERSOY. MS, DÖNMEZ. U, “GRAPHENE APPLIED TEXTILE MATERIALS FOR WEARABLE ETEXTILES”, 5th International Istanbul Textile Congress 2015, Istanbul, Turkey,(2015).

[2] Bastani. S, Kaviani. M, “Graphene-based UV-curable nanocomposite coatings”, Carbon Nanotechnology, chapter 8, pp.186–209,(2016).

[3] Jiménez Castro. M, “GRAPHENE: a revolution in textile & fashion design”, Global fashion,(2014).

[4] Ke. Q, Wang. J; “Graphene-based materials for supercapacitor electrodes e A review”, J Materiomics, Vol.2, p.p. 37–54, (2016).

[5] گروه ترویج صنعتی نانو نساجی، " کاربرد منسوجات در حوزه انرژی با رویکرد فناوری نانو"، مجموعه گزارش‌های صنعتی فناوری نانو، شماره 58، (1394).

[6] Aboutalebi. H, Jalili. R, “High-Performance Multifunctional Graphene Yarns: Toward Wearable All-Carbon Energy Storage Textiles”, ACSNANO, Vol.8, pp.2456- 2466,(2014).

[7] Gunasekera. U, Perera. N, “Modification of Thermal Conductivity of Cotton Fabric Using Graphene”, IEEE, pp.55-59,(2015).

[8] Szunerits. S, Boukherroub. R, “Antibacterial activity of graphene-based materials”, J. Mater. Chem. B, Vol.4, pp.6892-6912,(2016).

[9] Arao. Y, “Flame Retardancy of Polymer Nanocomposite”, Springer, chapter 2, pp. 15–44,(2015).

[10] https://www.extremetech.com/extreme/195089-graphene-body-armor-twice-the-stopping-power-of-kevlar-at-a-fraction-of-the-weight

[11] https://www.youtube.com/watch?v=Sevm_DHu05o

[12] Tong. Y, Bohm. S, “ Graphene based materials and their composites as coatings”, Austin Journal of Nanomedicine & Nanotechnology, Vol.1, pp.1-16,(2013).

[13] Jebamalar Leavline. E, Asir. D, “A Compendium of Nano Materials and their Applications in Smart Nano Textiles”, Research Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.5, pp.44-59,(2015).

[14] http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/materials/graphenecoated-fabric-makes-for-a-wearable-gas-sensor

[15] Huang. W, Wu. Y, “Tuning Rheological Performance of Silica Concentrated Shear Thickening Fluid by Using Graphene Oxide”, Advances in Condensed Matter Physics, Vol.2015, pp.1-5,(2015).

[16] Md Syduzzaman, Sarif Ullah Patwary, “Smart Textiles and Nano-Technology: A General Overview”, Textile Science & Engineering, Vol.5, (2015)

[17] Du. D, Li. P, “Graphene coated nonwoven fabrics as wearable sensors”, J. Mater. Chem. C, Vol.4, pp.3224-3230,(2016).

[18] http://spie.org/newsroom/6498-graphene-based-wearable-electronic-patch-for-diabetes-control

[19] http://nanotexnet.ir/959/2016/05/14/