图文简介
碳纳米管(CNT)因其优异的性能而成为众多前沿领域的有希望的候选者。然而，碳纳米管固有的黑色不能满足审美/时尚要求，而且碳纳米管的可燃性严重限制了其在含氧高温环境中的应用。在这里，我们通过用无定形TiO2层涂覆碳纳米管来实现碳纳米管的结构着色。通过调整TiO2涂层的厚度，CNT纤维和膜都呈现出可控和鲜艳的颜色，表现出显着的超耐久性，可以承受2000次洗涤循环和超过10个月的高强度紫外线照射。二氧化钛涂层碳纳米管表现出显着的阻燃性能，可以承受8小时的火焰燃烧。具有优异阻燃性的碳纳米管的结构着色显着提高了它们的性能并拓宽了它们的应用。
彩色碳纳米管的制备和结构表征。
( A ) 原子层沉积法涂覆TiO 2制备彩色CNTFs的示意图。( B ) 原始 CNTF 的照片。( C和D ) 扫描电子显微镜 (SEM) 图像显示原始 CNTF 的表面结构。( E和F ) 显示 TiO 2涂层CNTF 表面的 SEM 图像。( G ) 显示 TiO 2涂层 CNTF横截面的 SEM 图像。( H ) (G)所示CNTF周围的TiO 2涂层的放大图。( I和J ) TiO 的透射电子显微镜 (TEM) 图像2包覆的单个CNT 和TiO 2包覆的CNT束，表现出TiO 2包覆的无定形结构。（K和L）CNTM 的照片和 SEM 图像。( M ) 显示 TiO 2涂层CNTM表面的 SEM 图像。( N ) 显示 TiO 2涂层 CNTM横截面的 SEM 图像。( O ) (N)所示的CNTM表面上的TiO 2涂层的放大图。( P到S ) TiO 2涂层的 CNT 的TEM 图像和相应的元素映射显示了无定形 TiO 2的保形覆盖。(T )原始CNTF和TiO 2涂覆的CNTF的X射线光电子能谱(XPS)光谱。( U ) 原始 CNTF 的 C 1s XPS 光谱。( V和W ) TiO 2涂层CNTF的C 1s 和Ti 2p 的XPS 光谱。( X ) 原始 CNTF、等离子体处理的 CNTF (CNTF-P) 和 TiO 2涂层的 CNTF 的拉曼光谱。
彩色 TiO2涂层 CNTF 和 CNTM 的照片。
( A到E ) 具有不同 ALD 循环数的彩色 TiO2涂层 CNTF。相应的样本表示为 CNTF -n，其中n是指 ALD 循环的数量。( F至J ) 具有不同 ALD 循环的 TiO 2涂层 CNTF的光学显微镜图像，如 (A) 至 (E) 所示。（K到O）五颜六色的 CNTF 的各种图案。( P to T ) 具有不同 ALD 循环数的彩色 TiO 2涂层 CNTM。
TiO2涂层CNTF的结构着色和反射示意图。
( A ) TiO2包覆的CNTFs表面结构颜色产生的示意图。( B ) TiO2包覆的CNTFs表面薄膜干涉示意图。( C ) 光折射（主要是薄膜干涉）、散射、反射以及它们在 TiO 2包覆的 CNTF 表面上的协同效应的示意图。( D ) CNTFs和TiO 2包覆的CNTFs的反射光谱。( E ) TiO2包覆的CNTFs 的反射光谱，其中TiO 2厚度连续变化，来自平面干涉模型。(F ) TiO2涂覆的CNTF (CNTF-2500) 的角度分辨反射光谱。
结构颜色的超耐久性和阻燃性及其对 TiO2涂层 CNTF 的电气和机械性能的影响。
( A至C ) CNTF-2000在耐洗性试验前、水洗1000次后、水洗2000次后的照片。( D至F ) CNTF-2500 分别在紫外线照射前、5 个月强紫外线照射后和 10 个月强紫外线照射后的照片。UV照射的强度为407.6W/m 2，温度为50℃。( G to J ) 原始CNTF和CNTF-2500的阻燃测试。( K ) CNTF-2000 在不同时间洗涤前后的反射光谱。（大号) CNTFs-2500 在不同时间紫外线照射前后的反射光谱。( M )CNTFs和TiO2包覆的CNTFs的电流-电压曲线。( N ) CNTFs和TiO2包覆的CNTFs的应力-应变曲线。
论文信息
论文题目：Superdurable and fire-retardant structural coloration of carbon nanotubes
通讯作者：张如范
通讯单位：清华大学
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