还原方法对rGO-聚酯织物多功能性能的影响：光热、抗菌、除冰、电磁屏蔽、光催化及机械性能研究

《Results in Engineering》：Tailored Functionalities in rGO–Polyester Fabrics: Impact of Reduction Methods on Photothermal, Antibacterial, Deicing, EMI Shielding, Photocatalytic, Wettability, and Mechanical Performance

本研究针对如何优化还原氧化石墨烯(rGO)在聚酯织物上的功能化应用，系统比较了水热(中性)、抗坏血酸(酸性)和氢氧化钠(碱性)三种还原方法。结果表明，化学还原法（特别是抗坏血酸法）能形成更致密均匀的rGO涂层，显著提升了织物的光热(74-75°C)、抗菌(金黄色葡萄球菌灭活>99%)、EMI屏蔽(22 dB@9.5 GHz)、自清洁及疏水(接触角~108°)等综合性能，为开发新一代智能纺织品提供了重要依据。

　　

随着可穿戴技术的飞速发展，智能纺织品已成为材料科学和工程领域的研究热点。传统的纺织品功能单一，难以满足人们对健康监测、个人防护、能量管理等日益增长的需求。将功能性纳米材料与织物结合是提升其性能的有效途径之一。还原氧化石墨烯（rGO）因其优异的导电性、导热性、机械强度和化学稳定性，被视为构建智能织物的理想材料之一。然而，如何将氧化石墨烯（GO）高效、均匀地还原并固着在柔性织物基底上，同时实现多功能集成，仍是一个巨大的挑战。不同的还原方法会深刻影响rGO的化学结构、形貌及其与织物的相互作用，进而决定最终产品的性能。此前的研究多集中于单一功能的实现，缺乏对不同还原化学所产生影响的系统性对比研究。为了解决这一问题，研究人员在《Results in Engineering》上发表了他们的最新成果，系统探讨了还原方法对rGO-聚酯织物多功能性能的影响。

本研究主要运用了以下关键技术方法：通过三种不同的方法（水热法、抗坏血酸还原法、氢氧化钠还原法）将涂覆在聚酯织物上的氧化石墨烯进行还原；利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）对还原后织物的结构和形貌进行表征；并系统评估了其光热、抗菌、除冰、电磁干扰（EMI）屏蔽、光催化、润湿性及机械性能。

结构化学分析

通过XRD、FT-IR和FESEM等分析技术，研究人员观察到，无论采用哪种还原方法，GO都发生了逐步脱氧过程，石墨化域得到一定恢复。然而，化学还原法（即使用抗坏血酸和氢氧化钠的方法）制备的织物表面形成了更致密、更均匀的rGO涂层，这为后续的多功能性能奠定了结构基础。

光热性能

在近红外（NIR）光照射下，所有还原样品都表现出显著的光热效应。其中，碱性（氢氧化钠）还原样品和酸性（抗坏血酸）还原样品的峰值温度分别达到75°C和74°C，明显优于水热还原样品（峰值温度为68°C），展现了优异的光热转换能力。

抗菌性能

光热抗菌测试结果显示，化学还原的织物对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的灭活率超过99%，表现出强大的抗菌效果。然而，对大肠杆菌（Escherichia coli）的抑制作用则不明显，这表明其抗菌效果具有细胞壁依赖性，即对不同结构的细菌细胞壁效果有差异。

除冰性能

在模拟结冰条件下，碱性还原的织物表现出最快的除冰速度，冰层在21分钟内完全融化脱落，显示了其在低温环境下的潜在应用价值。

EMI屏蔽性能

在X波段（8–12 GHz）的电磁干扰屏蔽测试中，抗坏血酸还原的织物表现最佳，在9.5 GHz频率下屏蔽效能达到22分贝（dB），这归因于其优化的导电网络结构能有效反射和吸收电磁波。

光致发光与光催化性能

光致发光研究显示，所有样品的带隙（Band gap）在2.25至2.31电子伏特（eV）之间，表明rGO涂层具有半导体特性。在紫外光照射下，所有样品都能光催化降解亚甲蓝（Methylene Blue），其中碱性还原的织物自清洁能力最强。

热稳定性与润湿性

热稳定性测试表明，化学还原的样品具有更好的残炭保留率。垂直芯吸和接触角测量则显示，抗坏血酸还原法制备的织物获得了最大的疏水性，接触角约为108度，而水热还原的样品则表现为亲水性。

综上所述，本研究系统比较了三种GO还原方法对聚酯织物功能化的影响。研究结论明确指出，化学还原法，特别是使用抗坏血酸的方法，能够在光热、抗菌、除冰、EMI屏蔽、光催化和润湿性等多个方面实现更均衡、更显著的性能提升。这些发现不仅深化了对rGO-织物复合材料构效关系的理解，而且为有针对性地设计和发展下一代高性能智能纺织品提供了重要的实验依据和理论指导。该研究强调了还原化学在决定最终产品性能中的关键作用，为未来研究指明了方向。