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

1.本发明属于碳纤维着色领域，具体涉及一种渐变彩虹色碳纤维材料及其制备方法


背景技术：

2.碳纤维是一种具有独特物理化学性能、应用广泛的无机高分子材料。因为碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性、界面能低、界面浸润性能和高温耐氧化性能差，缺乏较高反应活性的化学基团难以使用传统的染料进行着色。目前存在很多彩色碳纤维的制备方法，随着人们审美需求的日益变化，单一的颜色已经不能满足人们的审美要求，颜色的规律性改变即渐变色，带来的新的审美体验成为人们所目前所推崇的目标。中国专利号cn201510127348.1名称为“一种基于环基聚膦腈膜的彩色碳纤维”该方法采用原位聚合的方法的碳纤维表面共价接枝了聚膦腈膜层，通过单层薄膜干涉使碳纤维产生颜色；中国专利号cn201910303347.6名称为“一种基于电聚合技术制备彩色碳纤维材料的方法”该方法采用电聚合的方法”使色粉随着聚合反应的发生附着在碳纤维表面上，达到着色的效果。中国专利公开号201510207446.6，名称为“一种彩色碳纤维的制备方法”，该方法利用原子层沉积在碳纤维布上沉积不同厚度的tio2，利用单层薄膜干涉的原理产生颜色。中国专利号cn201810557206.2“一种基于一维光子晶体的彩色碳纤维材料及其制备方法”该方法是在碳纤维表面交替的沉积高、低折射率材料，利用一维光子晶体对光的折射、反射和衍射使碳纤维产生亮丽的颜色。目前制备彩色碳纤维的方法中，都只能制备出某一种单一的颜色，颜色的丰富性不够。本发明从单层薄膜干涉的原理出发，利用原子层沉积技术，通过控制在单层薄膜在同一块碳纤维上厚度逐渐变化，使碳纤维材料呈现渐变彩虹色。


技术实现要素：

3.为了解决目前彩色碳纤维的颜色很单一的问题，本发明从单层薄膜干涉的显色原理出发，提供一种颜色丰富、薄膜结合力强具有渐变彩虹色的碳纤维材料及其制备方法。本发明在碳纤维材料表面制备了单层厚度渐变薄膜。
4.一种基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维材料，该渐变彩虹色碳纤维材料由两部分构成，包括内部的碳纤维材料和包裹在碳纤维材料表面的单层薄膜；所述的单层薄膜为厚度渐变的薄膜，它的颜色来自于单层薄膜对光线发生干涉的过程。
5.根据上文技术方案，优选的情况下，所述单层厚度渐变薄膜材料选自zno、al2o3、tio2、sio2中的一种。
6.根据上文技术方案，优选的情况下，所述单层薄膜的厚度为120-400nm，其中单层薄膜的厚度变化区间为30-300nm，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。
7.本发明从薄膜干涉的显色原理出发，通过控制薄膜厚度在可见光区的尺度范围内，单层薄膜的微观结构对光线发生干涉和衍射使黑色碳布呈现丰富的结构色，所述的碳纤维的反射峰位置处在380-800nm范围内，在自然光的照射下在碳纤维材料上呈现出紫色、
蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色，颜色中的两种或两种以上。
8.本发明所述的渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，采用水作为第一前驱体，以蒸汽的形式脉冲进入真空反应腔中，之后用高纯氮气吹扫；采用金属有机物前驱体作为第二前驱体，以蒸汽的形式脉冲进入真空反应腔室，再用高纯氮气进行吹扫，同时改变第一前驱体和第二前驱体的脉冲量，加上一个较小的数，不断循环直到增加至一个较大的脉冲量，此过程为一个完整的循环；重复此循环200-400次；具体的包括如下步骤：
9.(1)将碳纤维材料依次用丙酮和乙醇分别清洗表面的杂质和油污，再进行干燥，将干燥后的碳纤维材料置于等离子清洗机中进行表面活化处理；通过电离空气在碳纤维材料表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；
10.(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，如图1所示。
11.(3)真空反应腔温度控制在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(碳纤维/碳纤维布)表面沉积了一层材料(薄膜)；
12.(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(原来)的基础上增加0.003-0.01s之后重复步骤(3)；
13.(5)重复步骤(4)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；
14.(6)按照步骤(3)-(5)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。
15.例如，按照步骤(3)-(6)所述方法制备的碳纤维材料(碳纤维/碳纤维布)，步骤(5)中分别重复5次、10次、15次，步骤(6)中沉积循环分别为200次、250次、300次，渐变彩虹色碳纤维材料得到的分别用cf-15x200/cff-15x200、cf-10x250/cff-10x250、cf-5x300/cff-5x300表示。
16.上述方法制备出的单层厚度渐变的薄膜，其中薄膜的厚度与光学尺度相近。根据薄膜干涉的原理，当自然光入射到碳纤维布表面时，光线在碳纤维布表面上发生干涉、衍射和反射等物理现象。由于单层薄膜厚度逐渐变化，从而在碳纤维材料上呈现出紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色，颜色中的两种或两种以上。
17.根据上文技术方案，优选情况下，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。
18.根据上文技术方案，优选的情况下，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。
19.根据上文技术方案，优选的情况下，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。
20.根据上文技术方案，优选的情况下，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％。
21.本发明从单层薄膜干涉的原理出发，在碳纤维材料表面制备出一层单层厚度渐变的薄膜，利用前驱体的脉冲时间以一个固定的值不断增加的方式变化，在碳纤维材料表面构筑一层厚度不断变化的单层薄膜，从而制备出一种具有渐变彩虹色的碳纤维材料。本发明扩大了彩色碳纤维的应用范围。
22.本发明的有益效果：
23.(1)本发明首先解决了目前存在的碳纤维材料颜色单一的问题。增加碳纤维材料颜色的丰富程度，通过在碳纤维表面上构筑单层厚度渐变的薄膜，利用碳纤维材料不同区域的不同厚度对光线的干涉、衍射和反射产生的颜色不同，使碳纤维材料呈现出渐变彩虹色。
24.(2)本发明碳纤维材料表面的颜色可以通过调节单层薄膜的厚度实现精确调控，在同一个碳纤维材料样品上制备出两个或两个以上的颜色，例如紫色、蓝色和绿色。
25.(3)本发明的工艺技术和操作简单实现了一步法制备渐变彩虹色碳纤维。
26.(4)本发明没有化学染料和有毒的有机溶剂参与，绿色无污染。
附图说明
27.图1为原子层沉积真空反应腔中的反应过程以及基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维布的结构示意图。
28.图2为实施例2中单层渐变彩虹色碳纤维布的反射光谱图及其数码照片，其中a是反射光谱图，b是数码照片。图示信息显示对cff-10x250彩色碳布进行测试，沿碳纤维轴向上，自上而下其反射峰为400nm、470nm、540nm、592nm、对应碳纤维布上的紫色、蓝色、绿色、黄色。
29.图3为实施例3中同一碳纤维渐变彩虹色碳纤维的截面扫描电镜图，a-d分别为自下而上的碳纤维截面图，分析其微观形貌，其中暗色层为al2o3可以明显发现其暗色层厚度逐渐增加，从140nm到380nm。
30.图4为实施例1单层厚度渐变彩虹色碳纤维布摩擦前后的反射光谱图，图示信息显示为cff-10x200渐变彩虹色碳纤维布进行摩擦性能测试前后的反射光谱，反射峰位置没有发生明显变化，具有很好的抗摩擦性能。
31.图5为实施例1单层厚度渐变彩虹色碳纤维水洗前后的反射光谱图，图示信息显示为cff-10x200渐变彩虹色碳纤维布进行水洗性能测试前后的反射光谱，反射峰位置没有发生明显变化，具有很好的抗水洗性能。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例，进一步详细阐述本发明，应当理解，实施仅用于更好的解释本发明而不限制本发明。
33.本发明是一种基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色彩色碳纤维材料及其制备方法，该渐变彩虹色碳纤维材料由两部分组成，一部分是内层的碳纤维材料，另一部分是包裹在碳纤维材料表面的单层厚度渐变的薄膜。所述碳纤维材料是碳纤维或碳纤维布。所述单层厚度渐变的薄膜，厚度逐渐变化。所述单层厚度渐变的薄膜选自zno、al2o3、tio2、sio2中的一
种，所述单层厚度渐变的薄膜在同一块碳纤维材料上厚度变化区间120-400nm。通过控制薄膜厚度使其反射峰在可见光区的尺度范围内，单层薄膜的微观结构对光线发生干涉和衍射使黑色碳布呈现结构色，在自然光的照射下在同一根碳纤维的轴向上呈现出紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色。颜色中的两种或两种以上。
34.实施例1
35.本实施例公开了一种基于单层薄膜干涉的渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
36.将碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为2s；采用三甲基铝(tma，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体tma，吹扫时间为2s；接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体tma的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.005s；不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体tma的脉冲时间增加到0.06s后停止；以上过程为一个完整的循环，在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环过程200次，最后制备出cff-10x200渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为黄色、紫色、蓝色，且颜色过渡自然，其中厚度从200nm到250nm变化。
37.实施例2
38.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
39.将碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为2s；采用三甲基铝(tma，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体tma，吹扫时间为2s，接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体tma的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.005s；不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体tma的脉冲时间增加到0.06s后停止，以上过程为一个完整的循环，在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环
过程250次，最后制备出cff-10x250渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为紫色、蓝色、青色、绿色，且颜色过渡自然，其中厚度从220nm到340nm变化。
40.实施例3
41.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
42.将碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为2s；采用三甲基铝(tma，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体tma，吹扫时间为2s，接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体tma的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.005s；不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体tma的脉冲时间增加到0.06s后停止，以上过程为一个完整的循环；在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环过程300次，最后制备出cff-10x300渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为蓝色、青色、绿色、紫色，且颜色过渡自然，其中厚度从140nm到380nm变化。
43.实施例4
44.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
45.将碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为2s；采用三甲基铝(tma，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体tma，吹扫时间为2s；接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体tma的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.01s；不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体tma的脉冲时间增加到0.055s后停止，以上过程为一个完整的循环；在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环过程500次，最后制备出cff-5x500渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为黄色、紫色、蓝色、绿色，且颜色过渡自然，其中厚度从228nm到320nm变化。
46.实施例5
47.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
48.将碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为2s；采用三甲基铝(tma，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体tma，吹扫时间为2s；接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体tma的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.003s；不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体tma的脉冲时间增加到0.06s后停止，以上过程为一个完整的循环；在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环过程156次，最后制备出cff-15x156渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为黄色、紫色、蓝色、绿色，且颜色过渡自然，其中厚度从223nm到330nm变化。
49.实施例6
50.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
51.碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；采用去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.02s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为5s；采用二乙基锌(dez，99.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.06s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体dez，吹扫时间为5s，接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水和第二前驱体dez的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.005s，不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水的脉冲时间增加到0.09s和第二前驱体dez的脉冲时间到0.13s后停止；以上过程为一个完整的循环，在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的无机薄膜；重复此循环过程75次，最后制备出cff-15x75渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为蓝色、青色、绿色且颜色过渡自然，其中厚度从170nm到230nm变化。
52.实施例7
53.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维材料的制备方法，具体如下：
54.碳纤维布先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维布置于等离子清洗机中在温
度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理30s，通过电离空气可在碳布表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维布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布表面，如图1所示。控制真空反应腔温度为200℃，压强为3e-1torr，以纯度为99.999％的高纯氮气为载气，流量控制在20sccm；采用去离子水作为第一前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体去离子水，吹扫时间为5s；采用四氯化钛(9.999％)作为第二前驱体，以蒸汽的形式通过温度为150℃的进气管道脉冲进入真空反应腔室，脉冲时间为0.015s；接着用纯度为99.999％的高纯氮气吹扫多余的前驱体四氯化钛，吹扫时间为5s，接着在吹扫时间不变的情况下将第一前驱体去离子水的脉冲时间和第二前驱体的脉冲时间在前一个数的基础上加上0.005s，不断重复以上过程直至将第一前驱体去离子水和第二前驱体四氯化钛的脉冲时间到0.06s后停止；以上过程为一个完整的循环，在碳纤维布表面上接枝了一层单层厚度渐变的薄膜；重复此循环过程350次，最后制备出cff-10x350渐变彩虹色的碳纤维布。此碳纤维布的颜色自上而下依次为紫色、蓝色、绿色且颜色过渡自然，其中厚度从198nm到264nm变化。
55.实施例8
56.本实施例公开了一种渐变彩虹色碳纤维的制备方法，具体如下：
57.方法同实施例7，但是不同之处为碳纤维先后通过丙酮和乙醇分别超声清洗20min，除去表面的杂质与油污，取出后放在温度为60℃的真空干燥箱中干燥6h；将干燥好的碳纤维置于等离子清洗机中在温度为25℃、压强为56pa、功率为100w的条件下活化处理60s，通过电离空气可在碳表面引入-oh、-cooh、-nh3等活性基团；将处理后的碳纤维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表面(气流方向与碳纤维的轴向平行)，如图1所示。最后制备出cf-10x350渐变彩虹色的碳纤维。此碳纤维的颜色自上而下依次为紫色、蓝色、绿色且颜色过渡自然，其中厚度从198nm到264nm变化。