鑫材泰克與你分享如何在碳纖維表面獲得彩色結構， 4月4日，國際學術期刊Nature子刊《自然通訊》（Nature Communications）在線發表了由武漢紡織大學徐衛林院士課題組研究人員開展的一項研究，通過利用葡萄糖來制備一種多色碳纖維的彩色結構，研究題目為《Color construction of multi-colored carbon fibers using glucose》。

  眾所周知，碳纖維是一種具有石墨微晶結構的纖維狀碳基材料，由于其具有優異的力學性能、導電性、熱穩定性、耐腐蝕和良好的耐磨擦等系列特性，因此已經廣泛應用于航空航天、安全與非民用、汽車工業等領域，而且隨著應用領域的不斷拓展，碳纖維變得越來越受歡迎。但是，由于目前碳纖維顏色局限在黑色，因此，無法滿足不同領域的多樣化審美要求。在該項新成果中，研究人員受孔雀背部羽毛綠色中心表面自然生長的突出納米結構的啟發，開發了一種原位自生長策略，用于在碳纖維表面開發碳球以實現顏色調節。在該工作中，研究人員通過動態原位生長的方法構建了隨機無序自生長的碳球結構，并獲得了多色碳球。

  針對以葡萄糖為原料的一步水熱碳化形成過程的內在無序性，并進一步通過控制葡萄糖濃度來設計多色特性，這種開發的新方法可以碳纖維與碳球之間相互作用力的穩定性，從而防止了它們在碳纖維上的粘附和聚集，此外，葡萄糖的水熱反應過程賦予了兩者之間的強界面，使其即便經歷了機械摩擦、酸浸和紫外-可見光照射等嚴格檢驗，仍保證了碳纖維的顏色穩定性。

  孔雀背部羽毛中心區域展示了一種引人注目的結構色，并且表現出與角度無關的獨特特性（下圖a）。同時，如下圖b所示，羽毛在自然生長過程中形成了凸起的納米結構。受這種凸起納米結構的啟發，研究人員提出了一種使用葡萄糖為進料在碳纖維織物上隨機原位生長碳球的策略（下圖c，d）。

  碳球通過與其他碳球和碳纖維相互作用在碳纖維織物上隨機分布和生長，形成結構顏色，并通過在一步水熱碳化過程中控制葡萄糖濃度來設計相應的顏色調節。如上圖e所示，圖片顯示了通過制備過程的濃度調控獲得的彩色碳纖維織物。4CC、7CC、10CC、13CC、17CC的顏色分別顯示了藍色、黃色、橙紅色、紫色、綠色。

  下圖中展示了五種彩色的碳纖維織物結構，它們呈現出了生動的色彩結構。碳纖維織物的定向纖維和織造結構對其色彩呈現有一定的影響。彩色碳纖維織物的3D光學顯微鏡圖像呈現的顏色與照片不同，圖像呈現出不同的顏色，這可能主要是由兩種或多種顏色組合而成的一種復合結構色。

  碳球結構和碳纖維之間產生的較強相互作用為編織過程提供了可能性，而為了進一步證明樣品的顏色穩定性，研究人員在50 kPa的載荷壓力下進行了30個循環的機械摩擦試驗，相關測試結果表明，彩色碳纖維織物具有較好的色澤牢度。利用上述方法進一步制備了多色碳纖維紗線來驗證其適用性，使碳球在碳纖維紗表面原位自生長，并用這種方法生產的多色碳纖維紗。因此，證明了彩色碳纖維可以適應工業織布機的各種機械要求。上圖c、d顯示了使用所制備的多色紗線織造成多色碳纖維織物的示意圖。在這里，研究人員使用準備好的碳纖維紗線作為經紗和緯紗，在機織機上制作了一種普通的多色碳纖維織物。雖然在織造過程中，碳纖維紗與機頭的機械摩擦比較嚴重，但成功地生產出了一塊15 ×15 cm2的碳纖維平紋織物，并呈現出令人滿意的多色性。