一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法，利用原子层沉积在碳纤维材料表面交替沉积具有高、低折射率的薄膜来构筑一维光子晶体，使碳纤维材料表面呈现出亮丽的结构色。所述的彩色碳纤维材料反射光谱峰在可见光区范围内，在自然光的照射下呈现出紫色、蓝色、青色、绿色、黄绿色、黄色、红色。本发明专利技术不仅适用于彩色碳纤维的制备，同样适用于彩色碳纤维布的制备，在摩擦牢度及水洗实验中验证了着色层与碳纤维布具有很强的结合力。本发明专利技术没有化学染料的参与，绿色环保无污染；制备出的彩色碳纤维材料不仅饱和度高，颜色鲜艳明亮，不褪色，而且进一步提高了力学性能；工艺技术简单易操作，具有很好的应用前景。

A Color Carbon Fiber Material Based on One-dimensional Photonic Crystal and Its Preparation Method

The invention provides a color carbon fiber material based on one-dimensional photonic crystal and a preparation method. The one-dimensional photonic crystal is constructed by alternately depositing thin films with high and low refractive index on the surface of the carbon fiber material by atomic layer deposition, so that the surface of the carbon fiber material presents a bright structural color. The reflection spectrum peak of the color carbon fiber material is in the visible light region, and shows purple, blue, cyan, green, yellow-green, yellow and red under the irradiation of natural light. The invention is not only applicable to the preparation of color carbon fibers, but also to the preparation of color carbon fibers. The strong bonding force between the coloring layer and the carbon fibers is verified in the friction fastness and washing experiments. The invention has no participation of chemical dyes and is environmentally friendly and pollution-free; the prepared color carbon fiber material not only has high saturation, bright color, non-fading, but also further improves the mechanical properties; the process technology is simple and easy to operate, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法
本专利技术属于碳纤维着色领域，具体涉及一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法。
技术介绍
碳纤维作为耐磨损、高导电、质轻高强的新型材料广泛应用于建筑、航空、文体、交通等领域，但碳纤维表面呈惰性，所含官能团种类、含量较少。因此，低活性的碳纤维很难“染色”，若能找到一种高效简捷的使碳纤维着色的方法，那么就可进一步使其更广泛的被应用。中国专利公开号201410455979.1，名称为“一种基于P(NIPAAm-co-AAc)纳米球制备结构色碳纤维的方法”，该方法将采用乳液聚合法制备得到的P(NIPAAm-co-AAc)纳米球与超纯水混合制得分散液，通过电泳沉积，纳米微球组装到碳纤维表面；K.Q.Zhang等在AcsMacroLettersVol.2(2013)pp.116-120中报道了利用电场力在碳纤维表面沉积不同粒径的PS纳米微球，制备出了“红”、“绿”、“蓝”三种颜色的彩色碳纤维。以上两种通过电泳沉积制备结构色碳纤维的方法由于胶体微球与碳纤维及各胶体微球之间仅通过氢键、范德华力等结合起来，结合力较弱导致微球易碎裂，受环境影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料，其特征在于，所述基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料由两部分构成，即碳纤维材料本体和包覆在碳纤维材料本体表面的一维光子晶体膜，所述的一维光子晶体膜是由低折射率材料、高折射率材料由内向外通过交替层层叠加形成周期性排布的微结构；所述碳纤维材料为碳纤维或碳纤维布。

【技术特征摘要】
1.一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料，其特征在于，所述基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料由两部分构成，即碳纤维材料本体和包覆在碳纤维材料本体表面的一维光子晶体膜，所述的一维光子晶体膜是由低折射率材料、高折射率材料由内向外通过交替层层叠加形成周期性排布的微结构；所述碳纤维材料为碳纤维或碳纤维布。2.根据权利要求1所述的基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料，其特征在于，所述周期为2个周期。3.根据权利要求1或2所述的基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料，其特征在于，所述高折射率材料选自GeO2、TiO2和ZnO中的一种，所述低折射率材料选自MgO、SiO2和Al2O3中的一种。4.根据权利要求3所述的基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料，其特征在于：所述高折射率材料厚度为40-80nm，所述低折射率材料厚为40-130nm。5.如权利要求1-4中任意一项所述的基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：(1)将碳纤维材料经过清洗再烘干；(2)将经步骤(1)处理后的碳纤维材料进行等离子表面活化处理；(3)将经步骤(2)处理后的碳纤维材料置于原子层沉积设备中，反应腔温度加热到120-200℃，以纯度为99.999％的高纯氮气作为载气，流量设置为20sccm；采用氧源为第一前驱体，将其在温度为150℃的进气管道以蒸汽的形式脉冲进入反应腔室，脉冲时间0.02-0.5s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫，吹扫时间5-20s；低折射率材料的金属有机物前驱体源为第二前驱体，并在150℃的进气管道以蒸汽的形式脉冲进入反应腔室，脉冲时间0.02-0.5s；最后再用纯度为99.999％的高纯氮气，吹扫时间5-20s，此过程为一个完整的循环，在碳纤维材料表面沉积了一层低折射率材料；(4)按照步骤(3)所述方法重复此沉积循环400次；(5)继续在步骤(4)的基础上沉积，反应腔温度加热到120-200℃，以纯度为99.999％的高纯氮气作为载气，流量设置为20sccm；采用氧源为第一前驱体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛文斌，张乐乐，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21