[发明专利]一种渐变彩虹色碳纤维材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于一维光子晶体的渐变彩虹色碳纤维及其制备方法，从一维光子晶体的原理出发，利用原子层沉积技术在碳纤维表面上交替沉积具有低、高折射率的薄膜，通过光子晶体薄膜厚度逐渐变化，实现了碳纤维材料颜色的变化。由于该光子晶体薄膜在碳纤维材料上厚度不同，因此在自然光的照射下，使碳纤维呈现出两种或两种以上的亮丽颜色。本发明在摩擦牢度及水洗实验中，验证其着色层与碳纤维之间有很强的结合力。本发明扩大了彩色碳纤维的应用范围。

技术领域

本发明属于碳纤维着色领域，具体涉及一种基于一维光子晶体的渐变彩虹色材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维(carbon fiber，简称CF)是一种含碳量在93％以上的高强度、高模量、超轻质的无机高分子纤维材料，具有高的热稳定、化学稳定性以及良好的导热性和导电性。由于具有独特的物理化学性能广泛应用于航空航天、化工、基础设施、军事、体育、能源、纺织等各个领域。目前碳纤维材料单一的黑色不能满足人们对彩色的审美需求，这是因为碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性、界面能低、界面浸润性能和高温耐氧化性能差、缺乏具有较高反应活性的化学基团难以使用传统的染料进行着色，而且黑色碳纤维材料在整个可见光区域内对光的强烈吸收会掩盖染料分子产生的颜色。中国专利号CN201510127348.1名称为“一种基于环基聚膦腈膜的彩色碳纤维”该方法采用原位聚合的方法的碳纤维表面共价接枝了聚膦腈膜层，通过单层薄膜干涉制备出彩色碳纤维；中国专利号CN201910303347.6名称为“一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法，该方法采用电聚合的方法”使色粉随着聚合反应的发生附着在碳纤维表面上，达到着色的效果。中国专利公开号201510207446.6，名称为“一种彩色碳纤维的制备方法”，该方法利用原子层沉积在碳纤维布上沉积不同厚度的TiO₂，利用单层膜干涉的原理产生颜色。以上这些方法制备出的彩色碳纤维材料，一方面色粉和碳纤维表面的结合牢度不够，另一方面利用单层薄膜干涉原理制备出的彩色碳纤维材料饱和度低、颜色不够亮丽。中国专利号CN201810557206.2“一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法”该方法是在碳纤维表面交替的沉积低折射率和高折射率材料，利用一维光子晶体薄膜对光的折射、反射和衍射使碳纤维产生亮丽的颜色。这一方法只能制备出单一颜色的彩色碳纤维，颜色的丰富度不够，很难满足人们日益变化的审美需求。本发明从一维光子晶体的原理出发，利用原子层沉积技术在碳纤维表面上构筑低、高折射率层层交替的周期结构，通过控制同一块碳纤维材料上的一维光子晶体薄膜厚度渐变，使同一块碳纤维材料呈现出亮丽且饱和度高的渐变彩虹色。

发明内容

为了解决目前只能制备出某种单一颜色的彩色碳纤维的问题，同时增加彩色碳纤维的饱和度和亮丽程度，本发明从一维光子晶体的显色原理出发，提供一种颜色亮丽、薄膜结合力强具有渐变彩虹色的碳纤维材料及其制备方法。本发明利用原子层沉积技术在碳纤维材料表面交替沉积具有低、高折射率的薄膜，构筑一维光子晶体薄膜，通过控制碳纤维材料上的一维光子晶体薄膜厚度渐变，使碳纤维材料表面呈现出亮丽、饱和度高的渐变彩虹色。

一种基于一维光子晶体的渐变彩虹色的碳纤维材料，该渐变碳纤维材料由两部分构成，包括内部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，所述的一维光子晶体薄膜由低折射率的材料和高折射率的材料自内向外层层堆叠形成周期性排布的微观结构，其中高折射率材料的厚度均匀，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；

该渐变彩虹色颜色亮丽，色彩饱和度高，且颜色过渡均匀，同时表面包覆的一维光子晶体薄膜与碳纤维材料之间结合力较强，摩擦牢度高，颜色持久稳定。