碳纖維（CFs）具有優(yōu)異的機械性能、良好的熱穩(wěn)定性和輕質(zhì)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(lǐng)域。隨著碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)成本的不斷降低，其應用范圍逐漸由軍工領(lǐng)域擴展到民用領(lǐng)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(lǐng)域的應用。由于碳纖維表面的化學惰性使其難以采用傳統(tǒng)染色技術(shù)進行染色，因此，碳纖維的著色一直是行業(yè)內(nèi)巨大的挑戰(zhàn)，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(huán)境中的實際應用。

在此，武漢紡織大學徐衛(wèi)林院士團隊基于單層 flm 干涉策略，通過原子層沉積大規(guī)模制備了全色可調(diào)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(huán)境下，彩色碳纖維呈現(xiàn)出絢麗的色彩和優(yōu)異的環(huán)境耐久性。彩色纖維素還具有優(yōu)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(fā)表在《Advanced Fiber Materials》上。

圖1 彩色碳纖維的制作和表面形態(tài)特征

圖2 多彩纖維素的結(jié)構(gòu)特征

圖3  彩色碳纖維的光學特性

圖4  不同 ALD 周期數(shù)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(jié)論：研究團隊開發(fā)出了一種高效簡便的策略，可基于 flm 干涉大規(guī)模制備全色可調(diào)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(yōu)化反應條件，研究團隊能夠?qū)⑻祭w維的顏色從黑色調(diào)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(xiàn)出優(yōu)異的色牢度和環(huán)境耐久性。最重要的是，制備的有色碳纖維還表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性。

最重要的是，制備的彩色碳纖維還具有優(yōu)異的阻燃性能，可以在酒精燈下燃燒 60 分鐘。研究團隊的發(fā)現(xiàn)闡明了有色碳纖維的多種功能和優(yōu)勢，這不僅增加了碳纖維的結(jié)構(gòu)和功能多樣性，還拓寬了其在極端環(huán)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(lǐng)域的創(chuàng)新提供材料設計指導。

來源：carbontech