[發明專利]一種具有結構色梯度的彩色碳纖維熱管理器件及制備方法

有效

• 申請號: 202010937390.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112135372B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 牛文斌;程潔;張淑芬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H05B3/14
• 分類號: H05B3/14;C23C14/02;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/35
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

1.一種具有結構色梯度的彩色碳纖維材料，其特征在于，所述具有結構色梯度的彩色碳纖維材料包括若干碳纖維橫縱交錯形成的平織結構，以及以單根碳纖維作為內芯并在碳纖維表面包裹具有梯度厚度的一維光子晶體薄膜，所述梯度厚度為在同一平面內的單根碳纖維表面上包裹的一維光子晶體薄膜的厚度沿軸向由中間向兩邊逐漸減小；

所述具有梯度厚度的一維光子晶體薄膜由低折射率的金屬氧化物和高折射率的金屬氧化物由內到外層層交替堆疊形成的周期性分布的微結構組成，所述高折射率指折射率≥1.8，所述低折射率指折射率＜1.8；其中，周期為低折射率的金屬氧化物和高折射率的金屬氧化物堆疊形成的一個完整周期；

所述彩色碳纖維材料通過磁控濺射法制備，金屬氧化物與碳纖維材料之間的距離為10cm，樣品架轉速5r/min，濺射功率為80-100W。

2.根據權利要求1所述的具有結構色梯度的彩色碳纖維材料，其特征在于，所述碳纖維材料包括碳纖維布，所述周期為2-5個周期。

3.根據權利要求1所述的具有結構色梯度的彩色碳纖維材料，其特征在于，所述的高折射率的金屬氧化物為GeO₂、TiO₂、ZnO中的一種，低折射率的金屬氧化物為MgO、SiO₂、Al₂O₃中的一種。

4.根據權利要求1所述的具有結構色梯度的彩色碳纖維材料，其特征在于，高折射率的金屬氧化物的厚度為50-120nm，低折射率的金屬氧化物的厚度為50-80nm。

5.權利要求1-4中任一項所述的具有結構色梯度的彩色碳纖維材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將碳纖維材料依次放入丙酮、乙醇中分別進行超聲清洗，而后進行干燥；

(2)將經步驟(1)處理過的碳纖維材料放入濃硝酸中進行表面改性處理；

(3)將經步驟(2)處理過的碳纖維材料放入磁控濺射儀器的腔室中，進行低折射率的金屬氧化物的濺射；

(4)在步驟(3)的基礎上繼續濺射高折射率的金屬氧化物；

(5)步驟(3)-(4)為一個完整的周期，按照步驟(3)-(4)繼續濺射2-5個周期，得到結構色梯度的彩色碳纖維材料。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述濃硝酸的濃度為60％-70％，進行表面改性處理的溫度為60-70℃，時間為2h。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述進行低折射率的金屬氧化物的濺射的方法為：將磁控濺射腔室本底真空抽至6×10^-3Pa-6×10^-4Pa，以99.99％的高純氬氣為工作氣體，氣流量為20sccm，工作氣壓為0.5Pa；低折射率的金屬氧化物的陶瓷靶材與碳纖維材料之間的距離為10cm，樣品架轉速5r/min；采用射頻電源濺射低折射率的金屬氧化物的陶瓷靶材，濺射功率為80-100W，濺射時間80min，在碳纖維材料表面沉積一層低折射率氧化物薄膜，所述低折射率的金屬氧化物的厚度為50-80nm。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述濺射高折射率的金屬氧化物的方法為：將磁控濺射腔室本底真空抽至6×10^-3Pa-6×10^-4Pa，以99.99％的高純氬氣為工作氣體，Ar氣流量為20sccm，工作氣壓為0.5Pa；高折射率的金屬氧化物的陶瓷靶材與碳纖維材料之間的距離為10cm，樣品架轉速5r/min；采用射頻電源濺射高折射率的金屬氧化物的陶瓷靶材，濺射功率為80-100W，濺射時間30-72min，在碳纖維材料表面沉積一層高折射率氧化物薄膜，所述高折射率的金屬氧化物的厚度為50-120nm。

9.一種具有結構色梯度的彩色碳纖維熱管理器件，其特征在于，包括權利要求1-4中任一項所述的具有結構色梯度的彩色碳纖維材料、藍牙模塊、單片機控制模塊、溫度傳感模塊和液晶顯示模塊集成，可以通過智能手機無線控制熱管理器件的溫度。