独家编译/白薇
两位英国物理学家通过一种简单的方法从石墨中分离出单层石墨，即石墨烯，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。自此，石墨烯引起广泛关注。
石墨烯是由二维单层碳原子组成的六角晶格物质（图1），正因为其兼具高强度、极佳柔韧性、良好的热电导电性及透光性等优异的性能而赢得了“最完美材料”的美誉，许多人还认为21世纪将成为“石墨烯时代”。
图1 石墨烯是由二维单层碳原子组成的六角晶格物质 ，有“最完美材料”之美誉
20世纪时期，大量新的纺织聚合物材料、化学物质和生产制造方法接踵而至，直到2005年，世界贸易组织(WTO)取消了纺织品的关税制度和生产制造商的低价竞争导致消费纺织品的研发动力不足。
如今，纺织品创新的主要驱动力来自工业领域，功能纺织品、防护纺织品、智能纺织品和生态纺织品相继推出，其中有些产品最终以其独特方式进入主流产品之列。但是，纺织工业的破坏性创新时机已经成熟。
2015年7月，纽约纺织周期间，参会人员在理念转变（IFC）会议上探讨了一些可能具有推动该产业向前发展的潜能的想法。其中最有趣、讨论得最多的当属21世纪的“神奇材料”石墨烯。
石墨烯是以蜂窝状矩阵排列的碳原子微观层片状结构材料，厚度约为0.3nm，已经在科学界引起了全民想象。据介绍，这是一种比钢的强度更高，同时具有更好的柔韧性的材料，它是一种极佳的热和电的导体材料，具有防静电和抑菌性能，属于自灭性材料，连气体都无法对其渗透，但是其表面积大，因而使其成为一种高效吸附材料。
在理念转变（IFC）会议上，有关石墨烯的主题讨论由Razvan Popescu引入，他是 Directa Plus公司的首席运营官（COO）。该公司是一家于2005年成立的意大利公司，致力于发展和营销创新纳米材料的生产制造过程技术，对外称作G+，最近在意大利北部科莫建立了一个石墨烯工厂。Directa Plus公司已经有一套独立的石墨烯剥离工艺，对外称为石墨烯+(商标为G +™)。该公司拥有制造石墨烯纳米薄片(GNPs)的专利，Popescu将其阐述为一种“自上而下、低成本、高容量”的石墨烯生产工艺，其首次模块的年产量达到30立方公吨。
图2 Direct Plus公司生产的 ZAPP G+产品 照片来自Direct Plus
G+系列产品是主要基于可用作色母粒和高纯度的石墨烯纳米片涂料的产品，如图2所示为Direct Plus ZAPP G+，Zapp G+产品相比传统的添加剂，以颗粒形式极大地促进了石墨烯纳米薄片的最终产品的复合，并确保能够更快地分散和分布。如图3所示为Direct Plus Paste G+，PASTE G+是高纯度石墨烯纳米片水性涂层，其中原始石墨烯纳米片含量高达35%，而且没有表面活性剂。这种石墨烯结构具有高纵横比，是一种超细片状形态，而单片的横向尺寸约为10μm。制备过程中不涉及氧化处理，这样就保留了石墨烯的优良属性。
图3 Direct Plus公司生产的 Paste G+产品 照片来自Direct Plus
在后续的交流中，Popescu向大家解释了G+技术与“自下而上”的石墨烯单层生长工艺的区别，一般而言，后者是一种低生产率而高成本的生产工艺。
最受欢迎的石墨烯生长方法是化学气相沉积法(CVD)，沉积物加热气体到基底材料上，如铜箔或硅片。之后固化的石墨烯单层必须从基底材料上剥离下来，而基底材料可以通过蚀刻或溶解的方式除掉。
采用CVD方法生产石墨烯存在几个问题，包括：基底材料的涂层速度偏慢、在分离过程中石墨烯单层遭到破坏的可能性以及生产过程中产生的毒性副产物。
相比较而言，采用G+生产方法的话，原料从天然石墨（以工业规模广泛普及）开始，通过采用拥有专利的超级膨胀技术 (膨胀比大于300)，我们可以片状剥落小包装的厚度为 2〜4nm的石墨烯纳米薄片。Popescu说这是一种低成本、高收益的生产方法。
石墨烯+系列产品已经在自行车胎环和轮胎、高功率发光二极管的热传导硅片中得到商业应用，并且作为可回收的“超级海绵”吸附有机污染物。
专业从事新兴技术市场研究预测的IDTechEx公司表示，2018年，石墨烯市场产值可达到100亿美元，应用领域包括射频识别（RFID）、超级电容器和复合材料。
采用石墨烯开发导电纤维用于智能纺织品，一直被视作是石墨烯商业化和可穿戴技术的“杀手锏”。来自埃克塞特大学石墨烯科学研究中心、系统工程和计算机研究所、里斯本的微系统和纳米科技公司（INESC-MN）、里斯本大学、葡萄牙的阿威罗及比利时的纺织研究中心(CenTexBel)的国际科学家团队，最近在科学报告上发表了一项研究声称他们已经开发出一种技术，可以将透明、柔性的石墨烯电极嵌入到纺织纤维中。
根据该报告内容，石墨烯是在铜箔上以CVD法生长，然后转成聚丙烯纤维。
来自阿威罗大学的Helena Alves博士是这个科学家团队的队长，他在工程技术杂志的采访中提出，可穿戴式技术概念时新兴概念，但是能够全纺织嵌入的极薄技术和柔性技术目前根本不存在。因此，工艺及纺织品中石墨烯的一体化工程的发展将产生一个新的石墨烯的商业应用领域。
1月26日，Directa Plus公司联合意大利科尔马公司在德国慕尼黑体育用品博览会（ISPO Munich）上发布了该公司第一款石墨烯纳米技术运动服装（图4）。发布会上，Directa Plus公司的CEO表示，这是该公司首次将石墨烯+产品用于运动服装，也是G+纺织产品首次进入市场，成为这个领域的里程碑，同时也开拓了巨大的商机，他相信这将是世界运动服装领域和纺织工业领域共同发生的变革。含有石墨烯的运动服装与传统运动服相比，关键区别在于它可以成为人体和外部环境的过滤器，确保穿着者能保持理想的温度。它应用了智能纤维，使得服装舒适度得到提升。穿上G+运动服后，人体产生的热量会消散在温暖的环境中，而在寒冷的环境中会进行均匀分布。此外，由经G+处理过的纺织品具有防静电和抑菌的功效，它们可以降低空气与水之间的摩擦，提高运动性能。
图 4 Directa Plus公司联合意大利科尔马公司在ISPO Munich上发布的第一款G+运动服装。
除了智能纺织品以外，石墨烯在纺织工业还有其他的应用。相信“石墨烯在纺织行业的应用迄今为止在一定程度上被忽视了。”海恩斯坦研究院毛皮纺织创新中心目前在德国博尼希海姆主导一个项目，致力于探索通过石墨烯修饰个人防护装备（PPE）而改变纺织品的表面的机理。
海因斯坦研究团队正努力开发稳定技术以应用水性石墨烯分散体在不同的纺织品表面做永久性涂层。石墨烯氧化物(氧化石墨在水中脱落)亲水，很容易分散在水或其他有机溶剂中。项目负责人Roshan Paul博士声称，在纺织品表面进行石墨烯修饰不仅会改善纺织品的耐燃性能，而且会阻止热传递、气体弥散及织物的分解（燃烧分解）。石墨烯的耐磨损和防破裂性能意味着所有这些特性可以被赋予一种轻量级应用的PPE纺织品。
另外一个团队成员——Fuchshuber Techno Tex公司，试图将这种应用转向工业规模，并确保能够对经过这种处理的纺织品进行清洗和处理。
“如果石墨烯的这些功能可以被成功地加以证明，那么被石墨烯修饰表面的纺织品可以在PPE领域得到大量应用，特别是在热防护服装上的应用。”Paul博士说。
虽然在学术界和实验室研究工作上，石墨烯是前途光明的，但是要实现石墨烯在消费纺织品中的应用似乎仍有很长的路要走。然而，成功的商业化不仅取决于一个杀手锏式的应用，也要求有一种低成本的、能够提供合适类型的石墨烯的弹性供应方式。Directa Plus公司期待石墨烯纳米薄片是破解这个难题的答案。
根据Popescu的说法，Directa Plus公司的G+纳米薄片适用于纺织品表面的修饰，可借助于黏结剂，大多采用聚氨酯，黏结剂中石墨烯纳米薄片的含量介于4%〜10%之间。
Directa Plus 公司已经生产了石墨烯纳米薄片含量不同的聚丙烯、聚酰胺和聚酯母料。Popescu认为纱线能够提供超级传导特性，包括电传导和热传导，以及红外屏蔽、抑菌性能和自灭性隔离。
Popescu透露：Directa Plus 公司目前正在生产第一批石墨烯含量不同的聚丙烯母料，其最终用途也不尽相同，从防静电到导热纱线再到NDA包括的其他应用。
Directa Plus 公司也在研究将石墨烯印刷到纺织品上赋予其导电性、热耗散性、抗静电性能的解决方案。Popescu的承诺：“我们有几个正在进行的、与不同的主要国际品牌合作的项目，预计2016年3月〜9月，会在主秀场看到第一个可行的原型。”
石墨烯是一种研究性极强的多用途物质，可能给我们生活的方方面面带来革命：如用来生产防水膜以解决全球水资源短缺问题；取代当前电子产品中的硅，以更小的体积提供更强的性能；开发下一代能源解决方案，如太阳能电池或几分钟即可充满的手机电池；赋予传统纺织品各种理想性能后引发纺织领域创新革命。
此外，石墨烯还可应用于生物医疗领域，如药物传送、癌症治疗和生物传感等，目前研究人员已经在进行相关研究。石墨烯拥有更大的表面积、生物适应性和化学稳定性等诸多的独特属性，使得石墨烯具有极大的研究潜力，并被给予厚望。
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