[发明专利]导电碳材料/蚕丝复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种导电碳材料/蚕丝复合材料及其制备方法和用途，所述复合材料通过对脱胶后的蚕丝进行蚀刻、浸涂的方法将导电碳材料粘附在蚕丝上形成。采用上述复合材料可以制备成导电纱线，进而制备成纺织品。实验证实上述复合材料保留了蚕丝的原始力学性能，具有导电性能，扩展了蚕丝在智能纤维领域的应用，且复合材料疏水，耐溶剂，自清洁，吸热，性能优异。

技术领域

本发明涉及一种导电碳材料/蚕丝复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

智能纺织品(也指电子纺织品)可以将电池和灯具等电子元件和电子设备嵌入其中，旨在用于田径，极限运动和军事应用。作为智能可穿戴系统，电子纺织品不仅需要满足服装的必要要求，例如舒适性，轻质，保温性和高机械强度，还需要为穿着者提供附加值。例如，大多数电子纺织品需要防止极端环境危害，例如防雨，溶剂腐蚀和辐射损伤，以及监测和调节体温，降低风阻和控制肌肉振动。

制造拥有导电能力的纤维材料通常需要使用导电和半导电材料。传统的策略是将金属线与聚合物基纺织纤维直接混合以形成可以编织或缝合的导电纱。然而，因为金属线是硬质材料，所以它们不适用于基于纤维的应用，原因在于线在使用期间需要经受很大的拉伸和弯曲，此外金属丝的添加也增加了衣服的重量并降低了穿着的舒适性。碳纤维，例如由碳纳米管(碳纳米管)和石墨烯组成的碳基纤维，是构建电子纺织品的另一种可用的半导体材料。然而，它们的成本，可制造性，灵活性和合规性保留仍然无法满足智能织物的实际应用需求。

作为一种古老的纺织纤维，蚕丝在智能纺织品应用方面具有独特的优点。例如，力学性能方面，丝绸比金属和碳基纤维更坚韧，甚至比凯夫拉纤维更坚韧。其他优点，如重量轻，成本低，可持续，耐用和生物相容性优良，也可以避免金属和碳纤维那样的使用限制。然而，尽管有这些优异的特征，蚕丝的实际应用仍以服饰和装饰为主。根本原因在于其导电性差而不能直接用于构造电子纺织品。为了获得导电蚕丝纤维，研究人员已经进行了各种湿法和干法纺丝技术以在蚕丝中添加导电组分(例如，石墨烯和碳纳米管)。然而，这些再生丝纤维中的导电元素的含量远远不足以达到导电渗透阈值，因此限制了这些用于电子纺织品制备的方法。商业丝绸纺织品的碳化是制造导电纺织品的另一种途径，但是这种方法会使得天然丝绸的力学性能优势在高温碳化后被破坏。因此，制造具有与纺织品和服装要求相匹配的机械性能的导电蚕丝纤维仍然是一个重大挑战。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种导电碳材料/蚕丝复合材料及其制备方法和用途，用于填补现有技术的空白，提供一种全新的复合材料。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种导电碳材料/蚕丝复合材料，所述复合材料通过对脱胶后的蚕丝进行蚀刻、浸涂的方法将导电碳材料粘附在蚕丝上形成。

蚕丝的构成包括丝胶与丝素，脱胶目的是去除包裹在其外层的丝胶、蜡脂、色素等。可以采用现有技术购买脱胶后的蚕丝，也可以利用现有技术制备，例如采用脱胶溶剂对蚕丝脱胶。常用脱胶溶剂有肥皂、蛋白水解酶、表面活性剂的复配物；所用的碱剂有氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠等。

所述蚀刻、浸涂的方法是指先利用蚀刻溶剂对蚕丝进行蚀刻，再加入导电碳材料浸涂或者同时向蚕丝中加入蚀刻溶剂和导电碳材料。

进一步地，所述脱胶蚕丝与导电碳材料的质量比为5.5:1～10:1。

进一步地，所述蚕丝为桑蚕丝、各类野蚕丝任意一种或几种；更优选为桑蚕丝。

进一步地，所述导电碳材料选自碳纳米管、石墨烯、石墨、石墨炔中的任意一种或几种；更优选为碳纳米管和石墨烯。

进一步地，所述蚀刻采用的溶剂为能够且仅能够对蚕丝表面进行溶解的溶剂。

进一步地，所述蚀刻采用的溶剂选自六氟异丙醇、水合六氟丙酮、离子液体中的任意一种或几种。