成果简介
基于氧化石墨烯的纺织品正作为用于个人体温调节、抗菌防护和可穿戴传感的多功能材料迅速发展。本文，米兰比科卡大学Rabia Maryam、Claudia Riccardi等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Smart graphene oxide-based advanced textiles: A review of wearable smart clothing, personal thermal management, and sensor applications”的综述，综述了将氧化石墨烯（GO）集成到纺织基材中的最新进展，重点探讨了驱动热管理与传感能力的内在机制。
在热应用方面，我们探讨了GO改性纤维如何利用焦耳热和相变效应，在保持机械完整性的同时动态调节表面温度。在传感技术领域，GO的大比表面积和可调电子特性使其在检测应变、湿度和生化标志物时具有更高的灵敏度和更快的响应速度。我们还探讨了关键挑战，包括可扩展生产、耐洗性和长期环境稳定性，并就材料优化与集成策略提供了见解。通过批判性地审视当前进展与技术障碍，本综述突显了GO功能化纺织品变革可穿戴系统的潜力，其在医疗保健、环境监测和智能服装领域具有广阔的应用前景。
图文导读
图1. Flourishing range of application of textile-based materials (artistic representation). Functional textile materials are widely integrated into advanced engineering systems, including aerospace, automotive, marine, and structural applications. Shown here are examples of textile-reinforced polymer composites used in lightweight epoxy laminates, which provide enhanced structural integrity while significantly reducing mass in spacecraft panels, vehicle frames, ship hulls and many other applications. To fully harness their potential, it is imperative to continually explore innovative approaches and emerging technologies that can further enhance the mechanical, thermal, and adaptive properties of textiles, especially under extreme conditions such as high loads, corrosive environments, and temperature extremes. Such advancement not only expands operational versatility but also supports the development of resilient materials tailored to next-generation engineering challenges.
图2. Textile-based materials in space. Textile-based materials are increasingly utilized in advanced aerospace systems due to their low weight, high flexibility, and potential for multifunctional integration. Their soft, foldable, and multi-layered nature allows for the development of structures that are hermetic, puncture-resistant, and capable of self-repair, offering significant advantages over rigid alternatives in space environments. Shown here are representative examples. LEFT PANEL: An artist’s conception of future of the Inflatable space structures. (a) Inflatable space structures for orbital and deep-space missions. An artist’s conception shows the soft textile-based inflatable module attached to the large space station. (b) Artistic representation of the conceptual inflatable habitats designed for long-duration human presence on Mars. RIGHT PANEL: (c) High-performance space suits incorporating layered technical fabrics for thermal, mechanical, and life-support functions. (d) Woven carbon fibre gas balloons for atmospheric operations are produced nowadays for the practical application in space. Together, these applications highlight the growing role of textile engineering as a reliable and versatile platform for next-generation space infrastructure.
图3. Evolution of textiles: from nature to smart. A schematic timeline illustrating the technological progression of textiles from natural fibres to emerging smart and bio-integrated systems. The figure highlights the transition from traditional materials to synthetic polymers, functional coatings, conductive and sensor-embedded structures, nanocomposites, graphene-based fabrics, and flexible electronics. Together, these developments outline the convergence of materials science, electronics, and biology that is driving the next generation of smart textile technologies.
2.1 为何选择石墨烯？
近年来，众多研究项目致力于通过提升纺织品的美学价值、功能性或二者兼而有之来改进纺织品，其中一些努力专注于将其转变为智能材料。一个特别有前景的方向是集成电子功能，这在重新定义纺织品的使用方式以及我们与其的交互方式方面具有巨大潜力，无论是在服装领域还是在技术应用中 [14]。事实上，市场对智能纺织品的需求日益强劲且持续增长。这类产品具备超越传统服装的功能，例如连接物联网[15]，以及收集、处理、存储和显示信息的能力[16]。智能纺织品将各种先进功能融入传统织物中，使其能够感知并响应外部刺激，并适应环境的变化。
2.2 智能纺织品中的温湿管理
首先探讨智能纺织品中的温湿管理，因为这些功能构成了任何可穿戴系统的基本性能，并决定了织物在不断变化的生理和环境条件下能发挥多大的效能。温湿控制对于维持舒适度、确保嵌入式组件的稳定运行以及实现可靠的传感至关重要。一旦满足了这些基本要求，基于石墨烯和氧化石墨烯等更先进的材料平台所制成的织物便能带来更多层次的功能。
石墨烯纸可实现多种形态，使其能够适应不同的可穿戴结构，包括素面、共织、镂空以及基于“切纸艺术”（kirigami）的设计。这些结构变化会影响辐射率、表面温度行为以及材料与皮肤的相互作用方式，这一点通过与棉织物的对比以及热成像技术得到了验证。具有剪纸结构的纸张兼具柔韧性和弹性，这表明此类材料可作为模块化元件，应用于个人热管理的大型纺织组件中。其在加热和冷却循环中的表现，加上其机械顺应性、可洗涤性和透气性，突显了石墨烯取向纳米结构带来的实际优势。这些特性表明，石墨烯纸既能作为可穿戴系统的有效构建模块，又能保持简单、低成本且舒适，适合与人体直接接触。
2.3 先进气凝胶/氧化石墨烯纤维复合材料，用于个人热管理
在本文讨论的更广泛材料背景下，引入气凝胶基纤维具有明确的理论依据。其低密度、可调孔隙率以及日益突出的机械强度，使其成为个人热管理领域中石墨烯基结构的互补平台。通过在讨论石墨烯材料及氧化石墨烯改性纺织品之后引入这些纤维，我们构建了一个从二维纳米材料组装体到具有独特热传导特性的三维多孔结构的连贯演进路径。这一过渡也更清晰地阐明了后续实验分析的目标，即比较不同材料类别（平面石墨烯结构、氧化石墨烯增强复合材料和气凝胶纤维）如何通过不同机制应对相似的功能挑战。按此顺序呈现材料，既强化了叙事逻辑，也明确了本研究选择这些材料进行评估的依据。
2.4 用于可穿戴传感应用的电子纺织品
电子纺织品（ETs），或称e-textiles，是指集成了电池、发光器、控制器或传感器等电子元件的织物。如今，智能服装和可穿戴技术广泛应用了电子纺织品。例如，具有传感功能的纤维基电子纺织品在自主机器人领域备受关注。这些设备的应用范围广泛，从运动和日常活动中的身体动作追踪，到医疗监测（包括呼吸监测、皮肤水分监测、触觉感知和伤口护理）。其中，湿度传感器在监测呼吸和检测水分存在方面发挥着关键作用。
2.5 电子纺织品：介于潜力与实用性之间
要理解不同的氧化石墨烯集成策略如何转化为实际的纺织品性能，批判性与比较性的视角至关重要。虽然前文概述了氧化石墨烯（GO）在智能织物中的关键理化属性，但若能对不同GO集成策略的有效性及其在各类应用中对性能的具体影响进行更深入的比较分析，将极具价值。这种方法不仅有助于识别成功的案例研究，还能阐明那些影响实际设备行为的权衡取舍、局限性及设计约束。例如，虽然文中提及了氧化石墨烯的优势，但在评估每种集成路径的适用性时，稳定性、制造复杂性和成本等更广泛的背景因素变得至关重要。因此，本节将综合并批判性地对比主要氧化石墨烯-纺织品架构，以阐明每种策略的优势所在、不足之处，以及这些选择如何影响特定应用的性能。
小结
本文针对氧化石墨烯基智能纺织品进行了有针对性的专题综述，梳理了其从概念验证到可穿戴传感及航天应用多功能平台的演进历程。我们重点阐述了定制化材料化学、先进制备方法与人工智能驱动的多尺度模拟之间的协同作用，这些因素共同实现了对机械柔韧性、热管理及嵌入式传感器网络的精确调控。生理监测、自适应热调节以及太空服集成等案例研究，彰显了氧化石墨烯增强织物在满足各种严苛环境需求方面的变革潜力。
尽管取得了显著进展，但要充分实现基于氧化石墨烯的电子纺织品的全部潜力，仍需克服长期存在的障碍。在反复变形条件下，必须在机械强度与耐洗性之间取得平衡，同时在电气稳定性方面也需兼顾；而能源自主性和无线互操作性则需要在柔性电源和标准化通信接口方面取得突破。同样紧迫的是对长期健康与环境影响的严谨评估：必须通过生命周期评估和“安全设计”策略，解决石墨烯衍生物的受控释放、生物持久性和生态毒性问题。
展望未来，该领域将受益于人工智能引导的逆向设计、自愈合与可持续材料，以及便于维修、回收和定制的模块化架构的深度融合。材料科学、毒理学和系统工程之间的跨学科合作将加速实验室原型向符合法规的消费级产品的转化。通过采纳这些发展方向，基于石墨烯的智能纺织品将能够从先锋性的研究成果，演变为在日常及极端环境下均能提升人类福祉的、具有韧性且高性能的服装。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121519
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