《CARBON》：Flexible and stretchable metamaterial for broadband terahertz absorbing with robustness enabled by laser-induced graphene
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石墨烯氧化物（GO）纺织品在热管理、传感和极端环境应用中展现出多功能性，通过Joule加热和相变效应调节温度，利用高比表面积实现应变、湿度和生化检测。研究强调需解决规模化生产、洗涤耐久性和环境稳定性等挑战，为未来航天、医疗和智能服装提供创新材料基础。
Rabia Maryam | H. Eduardo Roman | Ruggero Barni | Anastasia A. Anceschi | Alessia Patrucco | Katia Alexander | Igor Levchenko | Claudia Riccardi
米兰-比科卡大学物理系，意大利米兰Piazza della Scienza 3，20126
摘要
基于氧化石墨烯的纺织品正迅速发展成为多功能材料，应用于个人体温调节、抗菌保护以及可穿戴传感领域。本文简要概述了氧化石墨烯（GO）在纺织基底中应用的最新进展，重点探讨了其实现热管理和传感功能的机制。在热应用方面，我们研究了经过GO改性的纤维如何利用焦耳热效应和相变效应动态调节表面温度，同时保持机械完整性。在传感技术中，GO的高表面积和可调电子特性提高了对应变、湿度和生化标志物的检测灵敏度和响应速度。文章还讨论了关键挑战，包括可扩展的生产方式、耐洗性能以及长期的环境稳定性，并提出了材料优化和集成策略。通过批判性地分析当前进展和技术障碍，本文强调了GO功能化纺织品在医疗保健、环境监测和智能服装等领域的应用潜力。
引言
纺织品是人类最早的技术成就之一，考古证据表明其起源可以追溯到近东和印度河流域的史前定居点，时间可追溯至公元前7000年[1]。最初，纺织品是为了抵御环境条件而开发的，但随后迅速发展成为复杂的材料实践、经济交流和技术发展的载体。纺织品的历史影响远超其实用价值，它推动了众多技术和社会革命，从工业革命时期的纺织机械化到由丝绸和棉花塑造的全球贸易网络。纺织产业不仅影响了经济体系，还影响了不同历史时期的技术发展和社会组织模式[2,3]。
纺织品对技术的影响还延伸到不那么显而易见的领域。历史上的谚语“羊毛吃人”[4,5]表明，英国羊毛产业的扩张如何重塑了农业和工业格局，往往带来重大的人类后果[6]。纺织品的功能多样性使其继续被应用于航空航天、汽车工程、海洋应用和防御系统。如今，纺织增强聚合物已成为轻质环氧树脂基层压材料的核心成分，用于航天器面板、车辆框架和船体，不仅提供了优异的机械性能，还显著降低了总质量[7]（图1）。
展望未来，基于纺织品的系统预计将在下一代技术中发挥重要作用，包括充气航天器结构、月球和火星上的外星栖息地以及极端条件下的适应环境。这些发展标志着纺织材料在未来的工程和科学探索中的重要性和范围的深刻转变[8]。
基于氧化石墨烯的织物正成为极端环境中的重要材料类别，例如太空、高湿度和水浸环境、化学腐蚀环境以及生物污染表面。例如，充气结构、下一代太空服、编织碳纤维气球以及为火星设计的概念性充气栖息地（见图2）。这些系统展示了纺织结构如何实现刚性材料无法提供的功能[9]。特别是基于氧化石墨烯（GO）的织物，结合了柔韧性和多层结构的可能性，同时具备隔热、辐射防护和传感元件的集成能力。它们在穿刺后仍能保持密封性、恢复结构完整性并支持自修复机制，进一步增强了其在孤立和恶劣环境中的生存能力[10]。在这一框架下，纺织工程，尤其是GO增强织物，为未来的太空任务提供了轻量化、可部署和耐用的结构基础。
鉴于纺织品在各个领域的持久重要性和不断扩大的应用范围，进一步开发纺织材料对于技术进步至关重要。为了满足对多功能性、适应性和极端条件下的性能需求，研究人员专注于将先进纳米材料整合到纺织基底中。其中，石墨烯及其衍生物，尤其是氧化石墨烯，因其卓越的导热性、机械强度、抗菌活性和可调电子特性而受到广泛关注[11,12]。这些特性使石墨烯成为提升纺织功能（如个人体温管理和传感器集成）的有希望的候选材料。基于此，我们回顾了基于氧化石墨烯的智能纺织品的最新进展，重点讨论了其热性能和传感性能的调控机制，以及当前的实际应用挑战和未来发展方向[13]。
为了清晰聚焦于基于氧化石墨烯的纺织系统，我们将关于纺织结构、纤维特性、制造方法和传统应用领域的更广泛背景信息放在了单独的补充信息文件中。这部分内容为希望深入了解纺织背景的读者提供了扩展的概述，同时让主文本专注于GO功能化纺织品的特定机制、性能特征和集成策略。
为了直观展示纺织材料的发展历程及其与石墨烯和氧化石墨烯纳米材料的集成过程，我们提供了表格（表1）和示意图（图3），共同勾勒出了技术发展的脉络。这种综合展示明确了纺织技术的历史进步，并突出了连续创新如何最终导向基于石墨烯的系统。
该示意图和时间线将基于石墨烯的智能纺织品置于更广泛的历史和技术连续体中。这些先进材料并非突然出现，而是长期发展过程中的一个重要节点，这一过程始于天然纤维和早期合成聚合物，继而发展为功能性涂层、导电纱线、集成传感器的织物和纳米复合增强织物。每个阶段都引入了纺织品与环境互动的新方式，逐渐将领域从被动材料转变为响应更快、数据驱动和多功能的系统。通过将石墨烯置于这一发展脉络中，该示意图展示了其导电性、柔韧性和机械坚固性如何扩展了早期智能纺织品的性能。这种回顾性框架为理解为什么基于石墨烯的平台是纺织工程中的合理和变革性下一步提供了更坚实的概念基础。
为什么选择石墨烯？
近年来，许多研究致力于通过提升纺织品的美观性、功能性或两者结合来改进纺织品，其中一些努力致力于将它们转化为智能材料。一个特别有前景的方向是电子功能的集成，这有望重新定义纺织品的使用方式以及我们与它们的互动方式，无论是在服装还是技术应用中[14]。
智能纺织品中的热管理和湿度管理
我们首先从智能纺织品的热管理和湿度管理开始讨论，因为这些功能定义了任何可穿戴系统的基本性能，并决定了织物在变化的身体和环境条件下的有效运作能力。控制和调节热量与湿度对于保持舒适度、确保嵌入式组件的稳定运行以及实现可靠传感至关重要。
用于个人体温管理的先进气凝胶/氧化石墨烯纤维复合材料
另一类有前景的材料是气凝胶基纤维[64,65]。这类纤维有潜力减少日常生活中所需的室内加热量。然而，由于机械性能较差和制造成本较高，它们尚未获得与其他个人体温调节材料同等的关注。最近开发的新气凝胶纤维表现出显著的强度、优异的红外辐射性能和适当的
用于可穿戴传感应用的电子纺织品
电子纺织品（ETs）或e-textiles是指集成有电池、发光器、控制器或传感器等电子组件的织物。如今，智能服装和可穿戴技术广泛使用了电子纺织品。例如，具有传感功能的基于纤维的ETs在自主机器人领域受到了广泛关注。这些设备应用于多种领域，从跟踪体育活动和日常活动中的身体运动到医疗监测等
电子纺织品：潜力与现实之间的差距
为了理解不同的氧化石墨烯集成策略如何转化为实际的纺织性能，进行批判性和比较性的分析是必要的。虽然前面的章节概述了与智能织物相关的GO的关键物理化学属性，但深入比较不同GO集成策略的有效性及其对各种应用的具体影响将非常有价值。
挑战与前景
尽管在将传感功能集成到织物方面取得了显著进展，但可穿戴电子纺织品在平衡机械韧性、可洗性和重复变形下的稳定电性能方面仍面临持续挑战。实现可靠的能量自主性仍然至关重要，这推动了柔性电池、能量收集模块和超低功耗电子产品的研究。确保用户舒适度、美观性和无缝互操作性需要制造标准的标准化
结论性评论
在本文中，我们选择性地重点介绍了基于氧化石墨烯的智能纺织品，概述了它们从概念验证到多功能平台的演变过程，包括在可穿戴传感和太空应用中的应用。我们强调了定制材料化学成分、先进制造方法和AI驱动的多尺度模拟之间的协同作用，这些因素实现了对机械柔韧性、热管理和嵌入式传感器网络的精确控制。生理学案例研究进一步展示了
CRediT作者贡献声明
Claudia Riccardi：撰写——原始草稿，研究，概念化。
Igor Levchenko：撰写——原始草稿，形式分析，数据整理。
Katia Alexander：撰写——原始草稿，研究。
Alessia Patrucco：撰写——原始草稿，研究。
Anastasia A. Anceschi：撰写——原始草稿，研究。
Ruggero Barni：撰写——原始草稿，研究。
H. Eduardo Roman：撰写——原始草稿，研究。
Rabia Maryam：撰写——原始草稿，
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
部分研究工作是在MUSA（多层城市可持续性行动）项目框架内进行的，该项目由欧盟NextGeneration EU资助，属于国家恢复与韧性计划（NRRP）任务4的组成部分2，投资线路1.5：加强研究机构并创建研发“创新生态系统”，以及“区域研发领导者”的培养。该工作还得到了国家NRRP补充投资计划（PNC）的资助，该计划由法令6设立。
