[发明专利]一种渐变彩虹色碳纤维材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，所述基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料包括内层的碳纤维和包裹在碳纤维表面的厚度渐变的一维光子晶体薄膜，所述的厚度渐变的一维光子晶体薄膜由低折射率材料和高折射率材料自内向外层层堆叠形成周期性排布的微观结构，并且高折射率材料的厚度相同，低折射率材料的厚度逐渐变化；

所述碳纤维材料为碳纤维或碳纤维布；

所述的基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，按以下步骤进行：

（1）将碳纤维材料依次用丙酮和乙醇清洗后，再进行干燥，将处理后的碳纤维材料置于等离子清洗机中进行表面活化处理；

（2）将经步骤（1）处理后的碳纤维材料置于原子层沉积的真空反应腔中，其中反应气体由进气口到出气口穿过碳纤维材料表面；

（3）真空反应腔温度控制为150-200 ℃，以纯度为99.999%的高纯氮气作为载气，流量控制在20 sccm；采用水作为第一前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150 ℃进气口管道脉冲进入真空反应腔，脉冲时间为0.015-0.2 s；接着用纯度为99.999%的高纯氮气吹扫，吹扫时间为2-10s；采用低折射率材料的金属有机物作为第二前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150 ℃的进气管道通入真空反应腔中，脉冲时间为0.015-0.2 s；接着再用纯度99.999%的高纯度氮气，吹扫2-10 s；此过程为一个循环，在碳纤维材料表面沉积了一层低折射率材料；

（4）将沉积过程中的第一前驱体和第二前驱体的脉冲时间在前一次数值的基础上增加0.003-0.1 s之后重复步骤（3）；

（5）重复步骤（4）直至第一前驱体和第二前驱体的脉冲时间为0.06-1 s时停止；

（6）按照步骤（3）-（5）所述方法重复此沉积循环80-150次；

（7）继续在步骤（6）的基础上沉积，真空反应腔温度控制为150-200 ℃，以纯度为99.999%的高纯氮气作为载气，流量控制在20 sccm；采用水作为第一前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150 ℃进气口管道脉冲进入真空反应腔，脉冲时间为0.05-3 s；接着用纯度为99.999%的高纯氮气吹扫，吹扫时间为2-10s；采用高折射率材料的金属有机物作为第二前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150 ℃的进气管道通入真空反应腔中，脉冲时间为0.06-3s；接着再用纯度99.999%的高纯度氮气，吹扫2-10 s；此过程为一个完整的循环，在碳纤维材料表面沉积了一层高折射率材料；

（8）按照步骤（7）所述的方法重复此沉积循环200-500次；

（9）步骤（3）-（8）为一个完整的周期，按照步骤（3）-（8）所述方法沉积第二个周期，得到基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料。

2.根据权利要求1所述的基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料，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。

3.根据权利要求2所述的基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料其特征在于：所述高折射率材料的厚度为40-100 nm，所述低折射率的厚度为40-150 nm，其中低折射率材料的厚度差为30-110 nm。

4.根据权利要求1所述的基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，步骤（1）中清洗和干燥具体为：将碳纤维材料先后置于丙酮和乙醇中分别超声清洗15-20min，取出后在60-80 ℃的真空干燥箱干燥6 -12h。

5.根据权利要求1所述基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，步骤（1）中所述碳纤维材料的等离子活化处理的条件为：温度25 ℃，真空度55 Pa，功率100 W，时间 30-120 s。