[发明专利]一种基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色的碳纤维材料，其特征在于，所述渐变彩虹色的碳纤维材料包含两部分，即内层的碳纤维和包裹在碳纤维表面的单层厚度逐渐变化的薄膜，纵向的碳纤维包裹的单层薄膜的厚度沿碳纤维轴向方向增加；

所述碳纤维材料为碳纤维或碳纤维布；

所述的基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将碳纤维材料依次用丙酮和乙醇清洗后，再进行干燥，将处理后的碳纤维材料置于等离子清洗机中进行表面活化处理；

(2)将经步骤(1)处理后的碳纤维材料置于原子层沉积的真空反应腔中，其中反应气体由进气口到出气口穿过碳纤维材料表面；

(3)真空反应腔温度控制为150-200℃，以纯度为99.999％的高纯氮气作为载气，流量控制在20sccm；采用水作为第一前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150℃进气口管道脉冲进入真空反应腔，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫，吹扫时间为2-6s；采用金属有机物前驱体作为第二前驱体，将其以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道通入真空反应腔中，脉冲时间为0.015s；接着再用纯度99.999％的高纯度氮气，吹扫2-6s；此过程为一个循环，在碳纤维材料表面沉积了一层薄膜；

(4)将沉积过程中的第一前驱体和第二前驱体的脉冲时间在前一次数值的基础上增加0.003-0.01s之后重复步骤(3)直至第一前驱体和第二前驱体的脉冲时间为0.06-0.1s时停止；

(5)按照步骤(3)-(4)所述方法重复此沉积循环200-400次，得到基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维材料。

2.根据权利要求1所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色的碳纤维材料，其特征在于，所述单层厚度渐变的薄膜材料选自Al₂O₃、ZnO、TiO₂、SiO₂中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色的碳纤维材料，其特征在于，单层薄膜的厚度为120-400nm，其中单层薄膜的厚度差为30-300nm。

4.根据权利要求1所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，步骤(1)中清洗和干燥具体为：将碳纤维材料置于乙醇中超声清洗15-20min，取出后在60-80℃的真空干燥箱干燥6-12h。

5.根据权利要求1所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，步骤(1)中所述碳纤维材料的等离子活化处理的条件为：温度25℃，真空度55Pa，功率100W，时间30-120s。

6.根据权利要求1所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，步骤(3)中所述金属前驱体选自三甲基铝、二乙基锌、四氯化钛和三(二甲胺基)硅烷中的一种。

7.根据权利要求6所述的基于单层薄膜干涉的具有渐变彩虹色碳纤维材料，其特征在于，所述三甲基铝的纯度为99.999％，所述二乙基锌的纯度为99.999％，所述四氯化钛纯度为99.99％，所述三(二甲胺基)硅烷纯度为99.999％。