近年來，由於納米材料、納米複合材料具有優於機械、物理、化學和生物的特性，尤其是納米添加劑的寬泛混溶性、高效添加和易加工性得到了廣泛的應用和高速發展，成爲紡織材料、無紡、纖維、片和膜材料的重要創新生長點。納米尺度的金屬微粒具有獨特的表面特性和功能性，在紡織材料、印染等方面具有廣闊的應用前景。現對金納米粒子功能性纖維及其表面等離激元效應的研究進展進行簡述，並探討其在紡織材料方面的應用前景。
1.金納米粒子的特徵
金是自然界極少能以天然金屬態分佈的元素。金具有較高的金屬物理性和化學穩定性。這些性質早有文物和文獻記載，早在古巴比倫文明時期、古埃及文明時期，以及我國仰韶文化時期就己經掌握了金的加工及應用技術.
金的特性使金能被人們製成極薄的金箔、微粒、金溶膠和納米粒子。
金納米粒子有別於其他納米顆粒，其實際應用具有極其悠久的歷史，在古羅馬時期己有記載，利用其散射性，添加在玻璃製品中，使之不僅有各種顏色，更有光變色效應;在公元前5世紀到4世紀，同樣有微米級金溶液用於裝飾品和陶瓷表面染色的例子出現，在後期加熱過程中納米金會逐漸析出，得到特殊光變色效果;與時間跨度長形成對比，金溶液由於其稀有性，在化學領域發展較爲緩慢，隨着新的有機金屬化學、納米技術、絡合物研究等相關領域的發展，金納米粒子及其膠體溶液才重新逐步被列爲重要的研究對象。現以金納米粒子及其膠體溶液在纖維染色、表面處理、導電等功能性應用爲基礎，着重介紹金納米粒子的光學、電學、生物等3個特性。
1. 1金納米粒子的光學特性
1857年，Faraday還原水溶液，得到深紅色的金納米粒子溶液，同時Faraday發現不同壓力下溶液從藍紫色到綠色的可逆顏色變化，這一現象使科學家對金納米粒子光學性質產生了新的認識。
1908年，Mie首先對金的表面等離子共振進行了解釋，金納米粒子的光學特質很大程度上是由其表面的等離激元共振所決定的。當光作用在金納米粒子顆粒上時，如果照射光的頻率與金電子的振盪頻率相等，就會產生共振，宏觀上表現爲吸收某一波段的光，使肉眼看到吸收波段的補色。金納米粒子吸收光譜表明，納米金的表面等離激元效應強烈依賴於金粒子的形狀，和金納米粒子膠體溶液的顏色直接相關。其散射理論也研究了金殼厚度、芯尺寸、內外介質變化的光學效應，發現金納米粒子表面的等離子體在可見光譜和近紅外光譜會產生一系列共振變化，所以在宏觀上能產生連續可調的顏色，在色度上呈梯度的金納米粒子膠體溶液。透過求解Maxwell-Uarnet方程，對球形金納米粒子的表面等離子共振可定量，使其峯位移動、峯形變化有規律可循，顏色調控更加精確。
1.2金納米粒子的表面電效應
表面等離激元是金屬表面區域的一種自由電子在電磁波和光子共同互作用下形成的電磁震盪。當遊離態電子空缺時，局部正電荷過剩，產生庫侖吸引力作用將電子拉回空缺，從面形成價電子在正電荷背景的密度起伏振盪，這種振盪受特定邊界約束、會產生週期性的調製。庫侖力有長程性，導致局部密度起伏演變爲整個系統的縱向集體振盪，以波的形式表現出來。由於振盪波與導電氣體中的等離子振盪相似，所以稱爲金屬中的等離子振盪，這種等離子振盪是決定金屬光、電性質的主要因素。
根據表面等離激元理論，可見光作用於金納米粒子表面時，與共振波長同頻率的光被吸收並誘導表面電子集體共振。球型金納米粒子等離子振動是各向同性的，因爲球體高對稱，吸收峯單一，由球徑決定，其膠體溶液一般呈紅到紅棕色。
棒狀金納米粒子由於長徑比不同，有相異性，正負電子產生分離，有雙極化方向，形成了橫向和縱向的等離子體振盪，各個方向上電子極化程度不同，產生兩個表面等離子體共振，導致了兩個共振峯。隨着長徑比逐步增加，等離子共振吸收峯逐步分離。高頻率短波長共振峯由垂直於棒軸向的電子共振產生，稱之爲橫向SPR吸收，一般在510 -530 nm之間，位置變化較小;由沿棒軸向的電子共振產生的吸收峯移動範圍在可見近紅外較寬波段內，爲縱向SPR吸收。因此，球型金納米粒子溶液顏色變化較爲單一，棒狀金納米粒子溶液宏觀上可呈現藍、綠、黃褐色等不同顏色，透過細微的調整長徑比，可以實現在可見光波段的任意量化調節，出現粉紅、深紅、淡紫等傳統結構色無法實現的顏色。金納米粒子的表面等離激元效應與粒子形狀、大小、表面介電常數等密切相關，所以大小、形狀、聚集程度及所處的局部環境不同，納米粒子就會產生不同的局域表面等離子共振(LSPR)，得到吸收峯的數目、峯形、峯位、峯寬均不同。肉眼可見的顏色變化也從側面證明了金納米粒子表面的等離子體在適當條件下有相干振盪。
1. 3金納米粒子的生物性
金微粒用於醫療己經有數千年的歷史。但具有確實的療效是始於金的氰化合物抗結核菌作用的臨牀運用;金的硫代硫酸鈉溶膠用於結核病治療等。直徑鎮300 pm的金微粒會被肝臟細胞吸收。
由於具有表面等離子體特性，導致蛋白質等高分子會被吸附到納米金顆粒表面，產生包被。在這個過程中，“吸附”一般定義爲不同卻相互接觸的相與相之間產生結合的現象。金納米粒子吸附作用分物理和化學兩種，以範德華力等弱物理力結合歸爲物理吸附，以強化學鍵結合則是化學吸附。
金納米粒子比表面積大，表面原子配位不足，則吸附力相對塊狀金屬更強。金納米粒子吸附後不會導致生物分子變性，對生物物質吸附機理一般爲:金納米粒子表面負電荷，與蛋白質的正電荷基團因靜電吸附面形成牢固結合，同時由於金粒子具有高電子密度的特性，在金粒子與蛋白結合處，在顯微鏡下可見黑褐色顆粒，當這些特徵顆粒在相應的配體處大量聚集時，肉眼可見紅色或粉紅色斑點，這種現象廣泛用於定性或半定量的快速免疫檢測方法中。由於球形的金納米粒子對蛋白質有很強的吸附功能，可以與葡萄球菌A蛋白、免疫球蛋白、毒素、糖蛋白、酶、抗生素、激素、牛血清白蛋白等形成非共價結合，因面在基礎研究和實驗中成爲非常有用的工具。
同時，考慮到金本身的穩定性，除了蛋白質，金納米粒子一般不會改變被吸附物質的性質。一般意義上認爲金具有人體安全性，這爲金納米粒子運用在與人體相關的紡織行業提供了理論依據。
2金納米粒子在纖維領域的應用研究
目前合成的金納米粒子外型並不侷限於球型，有長橢球型、棱柱型、多邊棱柱型和啞鈴型等，考慮到特殊的“核殼結構”，如“硅納米金核殼球體”、"PVP納米金核殼結構”等，依據其外型、介質的不同，應用領域也有所區別，現從纖維染色、纖維生物處理、纖維表面處理等3個方向着重介紹金納米粒子在纖維功能性方向的最新進展和研究成果。
2. 1在纖維染色上的應用
將纖維按照成分歸類，理論上最易被金納米粒子直接上染的材料爲蛋白質纖維，面纖維素纖維和化學纖維直接上染性值得詳細研究。金納米粒子對於羊毛和羊絨纖維有較佳的上染性，成品色差度不大，但調控金納米粒子有色溶液宏觀爲藍色時較難上染，對於繳絲、成品真絲面料尚無金納米粒子或金納米粒子聯合物直接上染的研究。將金納米粒子作爲染料分散劑應用在化學纖維上是有先例的。如聚酷纖維面料，有研究表明，銀納米粒子和金納米粒子同時使用，可以將抗靜電處理和染色歸併在同一處理過程中，無機粒子的協同作用可以增加染料的分散率，雖然無機粒子的吸收峯值落點在可見光範圍內，對成品顏色有影響，但極少的金納米粒子即可在不影響纖維成品顏色前提下提高染料分散率和耐洗度。有研究嘗試將金納米粒子和聚苯乙烯混合後，直接上染經過乙酸處理的纖維，包括棉、麻、絲、尼龍等，但得到成品顏色色度較暗，耐磨度和耐洗牢度低。
2. 2對纖維生物活性的影響
金納米粒子溶液在生物學上一般被稱爲膠體金，如前所述，金納米粒子對蛋白質材料，包括生物分子DNA等有很強的吸附功能，同時金納米粒子作爲性質優良的藥物載體也被廣泛地研究。所以目前對金納米粒子應用在纖維生物性處理主要爲抗菌、遠紅外等醫用領域。
己有針對金納米粒子作爲軟組織填充材料的安全性研究，結果表明，金具有良好的生物相容性，且PVP和檸檬酸鈉對細胞和CHO細胞的無毒性影響，從側面證明了納米金膠體溶液的`人體安全性。目前金納米溶膠的抗菌性、安全性、毒性己透過了美國FDA認證。目前，在紡織面料及紙張(纖維素纖維)、塑料上一般採用納米銀爲抗菌劑，雖然納米銀對金色葡萄球菌進行抑制性實驗效果明顯，但是納米銀毒性和人體安全性尚無定論，研究趨勢逐漸將納米銀單純組分轉化爲金納米粒子與銀納米粒子的無機粒子混合組分;將金納米粒子與殼聚糖等成分進行化學接枝，製作成塗敷材料覆蓋在纖維或面料表面。
2. 3對纖維表面特性的影響
金納米粒子對纖維表面處理主要被應用在抗靜電性、親疏水、介孔材料開發、阻燃處理以及電磁屏蔽等多個方面。
由於金納米粒子具有較高的導電性，可作爲一種新型的高效抗靜電添加劑應用在纖維或織物表面，將金納米粒子保持在小尺度上，透過一定方式使其象染料一樣進入纖維無定形區從面提高耐久性。如聚酷纖維面料，有研究表明，銀納米和金納米粒子同時使用可使靜電壓值降低59. 000，銀、金、氧化鋅納米粒子同時使用可使靜電壓值降低77. 700。可能因素也歸納於多無機粒子的同時使用產生協同效應。滌綸透過金納米粒子處理，織物表面電阻從未處理前的降低至10105Z級，可用於開發滌綸導電纖維。研究表明，由工業紡絲機制得的導電纖維的電阻率低，且力學性能、水洗失重率、染色性能均優良，具有工業化前景。
有學者透過在棉織物表面形成由金納米粒子構成的微/納米粗糙表面結構，利用硫醇可以在金表面形成自組裝層的特性，將疏水基團引入到棉織物表面，從面製備得到具有超疏水性能的織物。該整理方法雖然不失爲一種超疏水整理的新方法，但由於金納米粒子與纖維之間沒有強的鍵合作用，其耐久性很差。同時，金價格昂貴，金納米粒子本身的顏色和使用的硫醇具有臭味等因素都將影響其最終的應用。電磁屏蔽主要運用在孕婦用抗輻射面料中，但金納米粒子或是含有金納米粒子的纖維在體積重量和實用性等方面尚待進一步開發;軍事上也有研究指出可將金納米粒子或是使用金納米粒子表面處理後的纖維混雜在水泥中，產生極好的電磁屏蔽性。
不難看出，金納米粒子由於其特殊性能，值得深入研究其在纖維上的綜合應用，在對纖維進行染色的同時賦予纖維一定的功能性，達到開發多重效果纖維的目的。
3展望
纖維功能性開發是紡織產業進步的重要環節，也是整個產業進步的基礎。納米功能材料開發將直接有助於紡織產業的技術進步和升級換代。將金納米粒子應用在紡織功能材料的研究能夠直接揭示納米金屬粒子紡織功能材料的特性。金納米粒子在物理生色、抗菌、電磁屏蔽上具有的優良特性，有助於紡織新材料，尤其是結構色和生物活性功能材料的開發。納米無機粒子配合紡織功能材料運用時，僅需略微改變或調整工業染整流程中的幾個工序就能在實際生產中運用，且簡化了工藝流程，提高了工效，很大程度上改善了紡織行業的高污染、高能耗、資源利用率低的情況。納米金屬顆粒，特別是金納米粒子己具一定研究積累，爲在纖維染整應用，開發功能性纖維製品奠定了一定基礎，是今後功能纖維材料開發的一個重要方向。