一种柔性电热织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合纺织材料领域，更具体地，涉及一种柔性电热织物。

背景技术

随着电子行业的快速发展，电子产品在人们的生活中成为了随处可见的重要工具，但是这些电子产品给生活带来便利的同时，也给人体带来了许多间接或直接的电磁波危害。但是同时具有柔韧性、透气性、加热稳定等优异性能的可穿戴式电磁屏蔽材料的研制仍然是一个巨大的挑战。织物，特别是轻质、舒适和透气的纺织品，被认为是开发柔韧性、透气、可穿戴加热器的理想基质，可以更好的适用于人体并满足多样化的场景应用要求。

现有技术CN106003930A公开了一种电热复合织物及其制备方法，其利用碳纳米管膜在石墨烯悬浮液浸渍一段时间后制得纳米导电膜，再将弹性织物以一定拉力拉伸后粘合纳米导电膜，释放弹性织物使其回缩，制得的电热复合织物轻薄便携，发热高效。但是，该电热复合织物的导电膜是单层结构，在高效发热时无法屏蔽电磁对人体的伤害，而且导电膜层的结构较为单一，电热效果还有提升的空间。

包肖婧等人在《AgNWs/MXene改性双包覆纱的制备及光热性能研究》公开了一种具有一维银纳米线(Ag NWs)和二维层状导电材料MXene两层导电结构的复合织物及其制备方法，通过浸涂法先后在改性双包覆纱上负载银纳米线和MXene涂层，该结构的复合织物虽然具有良好的光热性能，但是金属纳米线材料接触空气容易发生氧化反应，MXene本身的化学稳定性不足以保护里层金属纳米线材料不被氧化，因此容易导致导电层氧化腐蚀失去导电功能，从而影响产品性能。

发明内容

本发明解决的是如何构筑一种结构牢靠、导电复合层不易被氧化、电磁屏蔽性能优越且同时具有导电功能的柔性电热织物。

为解决上述问题，本发明提供一种柔性电热织物，包括织物基底和设置在所述织物基底表面的导电复合层，所述导电复合层包括依次层叠设置的第一导电层、第二导电层和第三导电层，所述第一导电层负载在所述织物基底表面，所述第一导电层为二维MXene涂层，所述第二导电层为一维金属纳米线涂层，所述第三导电层为石墨烯层，所述第一导电层的电导率δ

相较于现有技术，本发明提供的柔性电热织物具有导电复合层结构，其中第一导电层选用二维MXene材料，第二导电层选用一维金属纳米线材料，第三导电层选用石墨烯材料，利用不同导电材料的电导率不同而造成反射损耗来增强电磁屏蔽效果，一维导电纳米材料呈线形形态，可以有效锚定相邻的导电层，进一步稳定导电复合层的结构，延长柔性电热织物的使用寿命，石墨烯化学性能稳定，保护导电复合层的内部结构不受腐蚀，导电复合层选用纳米材料可以保证电热织物在提高电磁屏蔽效率的同时保证电热织物具有一定的透气性和柔软度，适于人体穿戴。

优选的是，所述第一导电层的厚度D

优选的是，所述第一导电层的厚度D

优选的是，所述二维MXene为少层Ti

和/或，所述一维金属纳米线为银纳米线、铜纳米线或镍纳米线中的一种或几种。

二维MXene的片状层叠结构使得导电复合层整体结构疏松、堆积密度小，增强电热织物的柔韧性，而且电磁波在二维片状导电材料之间能够产生折射损耗和穿透损耗，进一步加强电热织物的电磁屏蔽性能，金属纳米线为一维结构，能够有效锚定第一导电层和第三导电层，维持导电复合层的结构，而且金属纳米线具有一定的抗菌功能，提高人体穿戴的舒适度。

优选的是，所述织物为表面改性织物，所述织物的材料选自棉、竹、丝、羊毛、涤纶、锦纶、氨纶、玻璃纤维、芳纶中的一种。经表面改性的多孔织物可以使第一导电层与织物基底结合更紧密，导电复合层不易脱离织物基底，同时纳米级别的导电夹层可以提高电热织物的透气性，保证柔性电热织物的穿戴舒适度。

优选的是，所述柔性电热织物的电加热温度为25-150℃，电阻为100-500mΩ/sq，在2-18GHz范围内所述柔性电热织物的电磁屏蔽效能为50-100dB。

本发明还提供了上述柔性电热织物的制备方法，包括如下步骤：

S1、将织物放入乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，然后放入表面改性溶液中进行改性浸渍，得到表面改性织物；

S2、将表面改性织物放入二维MXene悬浮液中进行超声波浸泡，取出烘干；

S3、在步骤S2产物的表面涂覆一维金属纳米线溶液，自然干燥；

S4、在步骤S3产物的表面进行电镀镀上石墨烯层，石墨烯层的厚度为10-30μm，得到具有导电复合层的柔性光热织物。

相较于现有技术，本发明采用超声波辅助浸涂第一导电层，既有效维持二维MXene材料悬浮液的均匀程度减少溶液团聚反应，又加强了二维导电碳纳米材料与织物基底之间的连接，涂覆一维金属纳米材料作为第二导电层操作简单且提高导电复合层的结构稳定性，采用电镀法负载第三导电层，导电复合层外表面的结构牢靠，电镀层分布均匀进一步保护导电复合层的内部结构，提高电热织物的导电性能，而且本方法操作简便，降低了生产成本。

优选的是，所述步骤S2中，所述二维MXene悬浮液浓度为0.8-20mg/mL，超声波辅助浸泡表面改性织物的条件如下：在10-50℃温度下，采用100-2000W超声功率，超声浸泡3-30min。

选用合适功率的超声波辅助浸涂负载二维MXene材料可以防止因溶液团聚效应而造成导电层不均匀的问题，导电层均匀且厚度可控才能保证电热织物的电磁屏蔽性能。

优选的是，所述步骤S1中，乙醇和丙酮的体积比为1:(1-3)，所述表面改性溶液浓度为3～10g/L，改性浸渍的温度为20-30℃，改性浸渍的时间为1-3h。

优选的是，所述步骤S1中，所述表面改性溶液为壳聚糖溶液或聚乙烯亚胺溶液。充分进行表面改性的织物基底可以很好地负载导电材料，提高导电复合层的结构稳定性。

本发明构筑具有导电复合层结构的柔性电热织物，利用三种高导电材料在导电复合层中，相邻导电层的电导率不匹配造成欧姆损耗以及反射损耗的机理，大幅提升柔性电热织物的电磁屏蔽性能，另外，第二导电层为一维金属纳米线结构，能够桥接第一导电层的二维MXene材料和第三导电层的石墨烯，起支撑作用，同时提升涂层机械性能，导电复合层中的第二导电层金属纳米线材料具有一定的抗菌功能，本发明制得的柔性电热织物便于穿戴，其在极端环境中也能兼具电磁屏蔽能力和电热御寒效果。

附图说明

图1为本发明具体实施例提供的制备用于电磁屏蔽的柔性光热织物的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特点的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

本发明的实施例公开一种柔性电热织物的制备方法，制备方法包括如下步骤：

S1、将织物放入体积比为1:(1-3)的乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，然后放入浓度为3～10g/L的表面改性溶液中，在20-30℃下改性浸渍1-3h，得到表面改性织物；

织物的材料选自棉、竹、丝、羊毛、涤纶、锦纶、氨纶、玻璃纤维、芳纶中的任意一种，表面改性溶液选自壳聚糖或聚乙烯亚胺；

S2、将表面改性织物放入浓度为0.8-20mg/mL的二维MXene悬浮液中，使用超声细胞粉碎仪，在10-50℃下，采用100W-2000W超声功率，超声震荡浸泡3-30min，取出烘干，二维MXene涂层的厚度为2-8μm；

二维MXene材料选自少层Ti

S3、在步骤S2产物的表面滴涂或浸涂或喷涂一维金属纳米线溶液，自然干燥，一维金属纳米线涂层的厚度为3-20μm；

一维金属纳米线选自银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种或几种；

S4、在步骤S3产物的表面进行电镀镀上石墨烯层，石墨烯层厚度为10-30μm，得到具有导电复合层的柔性电热织物。

本发明的制备流程如图1所示，通过上述制备方法构筑具有2D/1D/2D三层纳米材料导电复合层结构的柔性电热织物，具有操作简便、效率高的优点，制得的柔性电热织物的电磁屏蔽性能优良、耐磨耐用、结构稳定、发热高效、导电性能卓越。

以下实施例通过矢量网络分析仪进行电磁屏蔽效能检测。

实施例1

S1、将锦纶织物放入体积比为1:1的乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，然后放入浓度为3g/L的壳聚糖溶液中，在20℃下改性浸渍1h，得到表面改性织物；

S2、将表面改性织物放入浓度为0.8mg/mL的少层Ti

S3、在步骤S1产物的表面喷涂银纳米线溶液，自然干燥，得到厚度为5μm的银纳米线涂层；

S4、在室温下，对步骤S3产物进行电镀负载石墨烯层，电镀石墨烯层厚度为17μm，得到具有导电复合层的柔性电热织物。

测得实施例1的柔性电热织物的加热温度在26-150℃可调，在2-18GHz范围内电磁屏蔽效能在50-95dB可调，电阻为100mΩ/sq，具有优良的电热效果、电磁屏蔽性能和导电能力。

实施例2

S1、将涤纶织物放入体积比为1:3的乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，然后放入浓度为10g/L的壳聚糖溶液中，在20℃下改性浸渍3h，得到表面改性织物；

S2、将表面改性织物放入浓度为20mg/mL的碳化铌悬浮液中，使用超声细胞粉碎仪，在50℃下，采用1000W超声波功率，超声震荡浸泡30min，取出烘干，碳化铌涂层厚度为8μm；

S3、在步骤S1产物的表面喷涂铜纳米线溶液，自然干燥，得到厚度为18μm的铜纳米线涂层；

S4、在室温下，对步骤S3产物进行电镀负载石墨烯层，电镀厚度为30μm，得到具有导电复合层的柔性电热织物。

测得实施例2的柔性电热织物的加热温度在30-150℃可调，在2-18GHz范围内电磁屏蔽效能在50-100dB可调，电阻为500mΩ/sq，具有优良的电热效果、电磁屏蔽性能和导电能力。

实施例3

S1、将羊毛织物放入体积比为1:3的乙醇和丙酮的混合溶液中进行超声清洗，然后放入浓度为5g/L的壳聚糖溶液中，在20℃下改性浸渍3h，得到表面改性织物；

S2、将表面改性织物放入浓度为20mg/mL的碳化铌悬浮液中，使用超声细胞粉碎仪，在25℃下，采用2000W超声波功率，超声震荡浸泡25min，取出烘干，碳化铌涂层厚度为6μm；

S3、在步骤S1产物的表面喷涂铜纳米线溶液，自然干燥，得到厚度为10μm的铜纳米线涂层；

S4、在室温下，对步骤S3产物进行电镀负载石墨烯层，电镀厚度为20μm，得到具有导电复合层的柔性电热织物。

测得实施例3的柔性电热织物的加热温度在25-150℃可调，在2-18GHz范围内电磁屏蔽效能在50-100dB可调，电阻为300mΩ/sq，具有优良的电热效果、电磁屏蔽性能和导电能力。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。