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.

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].
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].
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/