上世纪40年代,随着航空航天业的发展复合材料的定义被提出。在随后几十年里产生了大量高性能复合材料,其中碳纤维复合材料的发展最为迅速。但是到21世纪初,人们对碳纤维复合材料的需求从最初的力学性能、使用寿命等逐渐转变为功能化、智能化。因此制备具有功能化的碳纤维对碳纤维的智能发展具有重大意义。而碳纤维的光学特性是近年来功能化碳纤维的研究热点,本文从碳纤维的颜色方面对功能化碳纤维做了研究。颜色分为化学色和结构色两种。化学色是由于物质分子特殊化学键中的电子跃迁对某些波长光的吸收而产生的,如染料,涂料等。结构色是光在周期性微观结构上发生一系列干涉,衍射和反射现象形成的。与化学色相比,结构色拥有色彩饱和度高,结构不发生变化颜色不改变,环保等优点。氧化石墨烯(GO)作为一种二维片层状材料,当大量GO有序堆积在一起时,可以形成鱼鳞状的片层堆积结构。这使得以GO为基材可以制备出由多层膜干涉形成的结构色。在本文中利用超声和离心的方法使GO在水中形成向列型液晶相,并使GO片层粒径分布均匀且大小分布在可见光波长范围内。选取合适的GO水分散液浓度,采用真空抽滤法可以使GO沉积在碳纤维上。碳纤维上有序堆积的GO层使入射光发生一系列的折射、干涉等现象进而形成结构彩色。制备出的彩色碳纤维对溶剂蒸气具有响应作用。当接触到溶剂蒸气时,彩色碳纤维会迅速变色,当溶剂蒸气蒸发后,彩色碳纤维会变回原来的颜色。这种行为具有良好的循环可逆性。将七水硫酸镁放在彩色碳纤维下方加热,可以实现彩色碳纤维对温度的循环变色。当彩色碳纤维表面GO层状结构受到挤压时,彩色碳纤维的颜色会改变。GO在高温下会还原,所以彩色碳纤维在高温下会出现不可逆的变色行为。因此,彩色碳纤维具有对溶剂,温度,应变的监测功能。自然界中还有一些生物体表具有特殊的白色结构色,与彩色结构色不同的是,白色结构色是光在无序多孔的介质中经过多次散射和反射形成的。我们在碳纤维表面制备了多孔聚醚砜(PES)珠状基体,制备出的PFS基体呈现出白度很高的白色。经过研究发现PES基体的白色是由其内部多孔结构引起的。由于PES基体具有多孔结构,在受到光辐射时,热量在PES基体中的传播很慢,导致大量的热量散失,起到了隔热作用。同时白色碳纤维能反射更多的光辐射,导致基体升温更加缓慢。白色碳纤维的热扩散系数仅为普通碳纤维的1/3,对需要在高温下使用的碳纤维制品及碳纤维复合材料有很好的保护作用。