基于AgNW和BiOBr多功能棉织物的构建及性能研究_王丽丽.pdf

2023年2月第1期棉织物（CF）因价格低廉、易于大规模生产，具有良好的透气性、可再生性和生物降解性，所以在日常生活中得到广泛应用。但随着科技水平的不断提高，人们对纺织品的要求越来越高，功能单一的纯棉织物的应用在一定程度上受到了限制。将纳米材料运用到棉织物上，赋予其特殊性能，如导电发热、电磁屏蔽和抗紫外等，可实现棉织物的多功能化，提高棉织物附加值，满足人们对功能纺织品的需求1-3。银纳米线（AgNW）易于制备，具有优良的导电性，在光电和生物医疗领域有很多应用4。另外，溴氧化铋（BiOBr）具有独特的层状结构和良好的可见光吸收性能，是一种热门的光催化半导体材料5。本研究采用简便的浸渍工艺将合成的银纳米线涂覆于棉织物表面，构筑相互接触、贯通的导电纤维网络结构，再通过连续离子层吸附和反应方法将BiOBr纳米片固定在导电棉织物上，成功制备了多功能AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物，研究二者的形貌结构，并考察其导电发热性能、电磁屏蔽性能和抗紫外性能，为多功能棉织物的研究提供新的思路。1试验部分1.1材料与仪器材料：棉织物（市售）；硝酸银（AgNO3）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、五水硝酸铋Bi（NO3）35H2O、溴化钾（KBr）均为分析纯，阿拉丁试剂有限公司；乙二醇（CH2OH）2、氯化钠（NaCl）、无水乙醇（C2H5OH）均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。仪器：D8 Advance型X射线衍射仪；S-4800型场发射扫描电子显微镜；GPS-3030DD型直流电源；DR-913型电磁辐射性能测试仪；YG（B）912E型纺织品防紫外性能测试仪。1.2银纳米线AgNW的合成采用多元醇法合成银纳米线（AgNW）。将350mg的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入含有乙二醇（EG，20mL）的烧杯中，通过磁力搅拌将其完全溶解，然后将6mg的NaCl加入上述溶液中；NaCl溶解后，再加入AgNO3溶液（100mg，10mL）搅拌1min；最后转移到反应釜中，在160下加热3h，冷却至室温，采用2000rpm离心3次，每次5min，即可获得AgNW。1.3 AgNW/CF织物的制备AgNW/CF织物通过简单的浸渍方法制备。先将AgNW分散在乙醇中至0.5mg/mL，然后将纯棉织物（50mm50mm）在该分散液中重复进行浸渍-烘干工艺操作，其中浸渍时长为3s，烘干温度为50，经过10次操作即可得到导电棉织物AgNW/CF。1.4 BiOBr/AgNW/CF织物的构建BiOBr/AgNW/CF织物通过连续离子层吸附与反应方法（SILAR）构建。首先将AgNW/CF织物浸泡在Bi（NO3）35H2O溶液中60s，然后将样品转移到去离子水中10s去除多余离子，100下干燥60s，之后再将上述样品在KBr溶液中浸泡60s，用去离子水洗涤10s，此为1次循环。为了在棉织物表面获得足够的BiOBr，本研究进行了8次循环操作，制备的样品标记为BiOBr/AgNW/CF。基于 AgNW 和 BiOBr 多功能棉织物的构建及性能研究王丽丽，王海祥，陈 蕾，龙宗雪，汤梦瑶，高大伟（盐城工学院，江苏 盐城224051）摘要：本研究通过在棉织物（CF）上负载银纳米线（AgNW），构筑导电棉织物（AgNW/CF），再通过连续离子层吸附与反应方法将溴氧化铋（BiOBr）负载到导电棉织物上，成功制备了多功能AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物。结果表明：AgNW和BiOBr赋予了棉织物导电发热性能、电磁屏蔽性能和抗紫外性能，在同一种材料上实现多种功能的集成，在电磁屏蔽、抗紫外线和智能纺织品方面具有良好的应用前景。关键词：AgNW；BiOBr；导电发热；电磁屏蔽；抗紫外Doi：10.3969/j.issn.2095-0101.2023.01.003中图分类号：TS116文献标识码：A文章编号：2095-0101（2023）01-0009-03收稿日期：2023-01-01基金项目：盐城工学院校级科研项目（xjr2020009）第一作者：王丽丽（1984），女，山东泰安人，盐城工学院讲师，研究方向为功能纺织品。通信作者：高大伟（1983），男，盐城工学院副教授，主要从事纺织科研工作。科研与生产92023年2月第1期1.5测试方法1.5.1结构表征通过X射线衍射仪（XRD）测定样品的X射线粉末衍射谱；采用场发射扫描电子显微镜（SEM）研究样品的微观形貌。1.5.2导电发热性能测试样品的导电发热性能用GPS-3030DD型直流电源进行测试。1.5.3电磁屏蔽性能测试采用DR-913型电磁辐射性能测试仪对样品的电磁屏蔽性能进行测试，结果用屏蔽效能（SE，dB）表示，SE值越大，表示屏蔽效果越好。1.5.4抗紫外性能测试采用YG（B）912E型纺织品防紫外性能测试仪测量样品的透过率，电脑自动生成UPF值，分别对同一个样品的不同位置测试3次，求平均值。2结果与讨论2.1 XRD分析样品AgNW/CF和BiOBr/AgNW/CF的XRD图谱如图1所示。从图中可以看出，15.12、16.61和22.74处的衍射峰与棉纤维素I晶体的（1-10）、（110）和（200）峰相对应6。当棉纤维被大量AgNW覆盖时，38.17和44.31处出现的两个特征峰，分别与金属银的面心立方结构的（111）和（200）匹配7。此外，在32.27、34.05、46.24、57.21、67.42和77.08处可以观察到六个衍射峰，它们分别对应于四方相BiOBr的（110）、（111）、（200）、（212）、（220）和（311）晶面8。上述结果表明，样品AgNW/CF和BiOBr/AgNW/CF制备成功，且BiOBr的晶格结构不受AgNW的影响。图1样品的XRD图谱2.2 SEM分析为了解AgNW和BiOBr在棉织物表面的形貌，测试了棉织物整理前后的扫描电镜图片，如图2所示。其中图2（a1a3）表示的是纯棉织物的扫描电镜图片，在未整理前，棉纤维的表面比较洁净，几乎没有异物存在；图2（b1b3）是棉织物经过AgNW浸渍整理后的表面形貌，可以发现大量的银纳米线沉积在棉纤维表面；BiOBr/AgNW/CF织物的扫描电镜图片如图2（c1c3）所示，AgNW/CF织物表面被片状的BiOBr覆盖和包裹，织物表面变得粗糙。图2（a1a3）CF、（b1b3）AgNW/CF和（c1c3）BiOBr/AgNW/CF的SEM图2.3导电发热性能研究AgNW/CF和BiOBr/AgNW/CF织物的导电和发热性能如图3所示。图3（a）电流电压曲线和（b）电热性能曲线为测量制备样品的电学性能，在其表面施加不同电压（08V），并绘制其电流电压曲线，如图3（a）所示。从图中可以看出，两种样品的电流电压曲线都近似呈直线形，说明制备的AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物都具有良好的导电性。科研与生产电压/V102023年2月第1期科研与生产样品UPFT（UVA）T（UVB）AgNW/CF织物42.753.28%4.51%BiOBr/AgNW/CF织物59.362.12%3.68%此外，为了更直观地表现样品的电加热性能，绘制了电压温度曲线，如图3（b）所示。由图可以看出，随着在样品两端施加的电压越来越大，样品表面的温度也越来越高，在8V时，AgNW/CF织物表面的温度可达123.9，而BiOBr/AgNW/CF织物表面的温度略低，但也达到了89.3，且温度分布均匀，由此说明两种样品都具有良好的导电发热性能。2.4电磁屏蔽性能研究AgNW/CF和BiOBr/AgNW/CF织物的电磁屏蔽效能如图4所示。AgNW因其良好的导电性，能够对电磁波进行有效吸收，因此用AgNW整理后的织物都具有电磁屏蔽性能。从图中可以看出，AgNW/CF织物的SE值可高达28.61dB，而在引入BiOBr后，AgNW/CF织物表面由于被半导体BiOBr包覆，导电率下降。BiOBr/AgNW/CF织物的SE值降至22.24dB。图4样品的电磁屏蔽效能图2.5抗紫外性能研究不同样品的抗紫外测试结果如表1所示。表1样品的抗紫外效果未经整理的纯棉织物UPF值为7.64，T（UVA）和T（UVB）分别为25.38%和16.49%。而经过AgNW整理后，AgNW/CF织物的UPF值有明显上升，达到42.75；在此基础上，进一步引入BiOBr，样品的抗紫外性能又有提高，BiOBr/AgNW/CF织物的UPF值可高达59.36，是未整理纯棉织物的7.8倍。3结语本文通过简便的浸渍法和连续离子层吸附与反应方法，成功制备了多功能AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物。通过进行性能测试，可得具体结论如下。（1）AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物都具有良好的导电发热性能。当施加电压为8V时，AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物的表面温度分别可达123.9和89.3。（2）二者都具有良好的电磁屏蔽性能。AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物的SE值分别为28.61dB和22.24dB。（3）二者都具有良好的抗紫外性能。AgNW/CF织物和BiOBr/AgNW/CF织物的UPF值分别可达42.75和59.36。参考文献1李永峰,董光华,孟秀峰.Cu2O/TiO2整理棉织物的制备及其自清洁、抗紫外线和抗菌性能J.印染助剂,2020,37(8):23-26.2金振东,孙佳锋,金哲海,等.MOFs导电棉织物的制备及电化学性能研究J.棉纺织技术,2022,50(6):19-23.3邹梨花,杨莉,兰春桃,等.层层组装氧化石墨烯/聚吡咯涂层棉织物的电磁屏蔽性能J.纺织学报,2021,42(12):111-118.4赵永芳,钱建华,孙丽颖,等.银纳米线改性棉织物的制备及其性能J.纺织学报,2021,42(5):115-121.5张雨晗,申国栋,樊威,等.芳纶固载BiOBr复合材料的制备及其光催化降解染色废水J.纺织学报,2021,42(8):128-134.6Du M X,Du Y,Feng Y B,et al.Facile preparationof BiOBr/cellulose composites by in situ synthesis and itsenhanced photocatalytic activity under visible-light J.Carbohydrate Polymers,2018,195:393-400.7ZhouPW,ZhangLP,DaiYM,etal.Constructionofametallicsilvernanoparticle-decoratedbismuthoxybromide-basedcompositematerialasareadilyrecyclablephotocatalystJ.JournalofCleanerProduction,2020,246:119007.1-119007.13.8Shi Z,Zhang Y,Liu T,et al.Synthesis of BiOBr/Ag3PO4 heterojunctions on carbon-fiber cloth as filter-membrane-shaped photocatalyst for treating the flowingantibiotic wastewaterJ.Journal of Colloid and InterfaceScience,2020,575:183-193.11