ACS Nano：托TiO2的福，碳纖維終於有了彩色照片

碳纖維已經發展成為重要的化學化工材料之一，應用領域非常廣泛。但是，目前的碳纖維產品顏色過於單一，基本是黑色或深灰色的。如果你問碳纖維的夢想是什麼？它的夢想一定是想擁有一張彩色照片。近日，中國科學家幫助碳纖維實現了這一夢想。

什麼是碳纖維？

碳纖維(carbon fiber)是一種兼具化學惰性和半導體性能的纖維材料，具有重量輕、強度高、彈性模數高、耐高溫、耐酸、導電性強、長期受力不發生潛變和耐疲勞、尺寸穩定性強、熱導率高、摩擦係數小、具潤滑性等優異性能。碳纖維是21世紀最具潛力的新材料之一，廣泛應用於航空航天、汽車、化工、基礎設施、軍事、體育、能源、紡織等各個領域。

在微觀上，碳纖維的表面為非極性的高度結晶的亂層石墨結構,呈現較高的化學惰性, 表面能低,表面光滑。碳纖維與基體結合較弱,且碳纖維活性表面積小,邊緣活性碳原子數目少, 界面強度下降，從而影響了複合材料優異性能的充分發揮。另外，碳纖維與染料分子間的化學鍵合作用比較弱，使得染色相當困難。導致了所目前的碳纖維產品顏色過於單一，基本是黑色或深灰色的。

最新的研究論文說了啥？

近日，我國武漢紡織大學徐衛林教授和湖北大學王世敏教授等帶領的科研團隊已經找到了一種簡易且高效的碳纖維織物著色方法，利用結構生色而不是化學染色實現了碳纖維織物顏色可調，同時增強了碳纖維織物的耐洗滌性能。

該項研究主要利用結構生色的原理，採用原子層沉積（ALD）技術，在碳纖維表面構建尺度各異的非晶TiO2薄膜，通過控制影響非晶TiO2薄膜的溫度、壓強以及時間等因素，製備成具有鮮艷色澤的彩色碳纖維及其織物。

自然界的結構色啟發科研

結構色，來源於周期性的有序納米結構，廣泛存在於自然界中。結構色是由於物體本身結構的存在對光產生了反射、衍射、干涉等物理作用產生的顏色。結構色是一種無須用染料、顏料著色就能產生的顏色。與染料或色素相比，結構色具有色彩飽和度高、結構不變永不褪色、綠色環保等優點。為碳纖維的生態著色開闢了新的道路。

研究結果讓我們分外驚喜

研究結果表明：碳纖維表面存在的缺陷和含氧官能團（如－OH和－COOH），能有效啟動TiO2薄膜的生長。通過重複原子層沉積（ALD）循環數目，可精確調節TiO2薄膜厚度，進而獲得其他各種不同的顏色。

此外，該團隊研究出的彩色碳纖維可以織成與常規碳纖維織物具有相似力學性能的織物，即使它們被洗了50次，仍然不會褪色，保持明亮。這項研究成果為實現碳纖維及其織物的生態著色指明了方向，為高科技織物提供了更時尚的色彩選擇。同時，該方法可應用於未來的光學或色彩顯示技術。

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