碳纖維（CFs）具有優異的機械性能、良好的熱穩定性和輕質等特點，被廣泛應用于航空航天、軍事、汽車和體育等各種尖端領域。隨著碳纖維生產技術的快速發展和生產成本的不斷降低，其應用范圍逐漸由軍工領域擴展到民用領域，但碳纖維及其織物的黑色屬性越來越難以滿足人們對時尚化的需求，限制了其在可穿戴設備、智能織物、功能涂層等領域的應用。由于碳纖維表面的化學惰性使其難以采用傳統染色技術進行染色，因此，碳纖維的著色一直是行業內巨大的挑戰，而且碳纖維的可熟化性嚴重限制了其在高溫和其他極端環境中的實際應用。

在此，武漢紡織大學徐衛林院士團隊基于單層 flm 干涉策略，通過原子層沉積大規模制備了全色可調彩色碳纖維。在強紫外線照射、加速洗滌、摩擦、高溫和低溫處理等極端環境下，彩色碳纖維呈現出絢麗的色彩和優異的環境耐久性。彩色纖維素還具有優異的阻燃性能，可承受酒精燈灼燒 60 分鐘。

研究團隊將研究成果以“Full-Color Tunable and Highly Fire-retardant Colored Carbon Fibers”為題發表在《Advanced Fiber Materials》上。

圖1 彩色碳纖維的制作和表面形態特征

圖2 多彩纖維素的結構特征

圖3  彩色碳纖維的光學特性

圖4  不同 ALD 周期數下多彩碳纖維的超耐久性及其對多彩碳纖維機械和電氣性能的影響

圖5 彩色碳纖維的阻燃性能

結論：研究團隊開發出了一種高效簡便的策略，可基于 flm 干涉大規模制備全色可調且高度自由阻燃的彩色碳纖維。通過改變 ALD 納米層的厚度和優化反應條件，研究團隊能夠將碳纖維的顏色從黑色調至藍色、棕黃色、黃色、綠色和紫色。彩色碳纖維在強烈紫外線照射、加速洗滌、摩擦、高溫和低溫處理過程中均表現出優異的色牢度和環境耐久性。最重要的是，制備的有色碳纖維還表現出優異的阻燃性。

最重要的是，制備的彩色碳纖維還具有優異的阻燃性能，可以在酒精燈下燃燒 60 分鐘。研究團隊的發現闡明了有色碳纖維的多種功能和優勢，這不僅增加了碳纖維的結構和功能多樣性，還拓寬了其在極端環境和特殊應用場景中的應用范圍，例如新興光學設備和隱形軍事裝備。所提出的制造方法有望為未來功能性薄膜和器件領域的創新提供材料設計指導。

來源：carbontech