彩色玻璃纤维的制备及其变色响应性

射扫描电子显微镜( ＳＥＭ) 观察分析彩色玻璃纤维的
成彩色薄膜ꎬ见图 ２( ｂ) ꎬ说明制备的 ＧＯ 溶液对咖
是指将一滴咖啡滴在桌面上ꎬ咖啡液滴干燥之后会
形成一个边缘颜色比中间颜色深的不均匀圆环ꎮ 其
原因是液滴边缘蒸发速率比中心快ꎬ导致中心区域
２ ３ 分析与测试
２ ３ １ 彩色玻璃纤维颜色观察
采用德国 ＣａｒｌＺｅｉｓｓ 公司生产的 Ａｘｉｏ Ｓｃｏｐｅ Ａ１
型正置式光学显微镜观察彩色玻璃纤维的颜色ꎬ放
大倍数为 ２００ 倍ꎮ
清液滴在玻璃板上ꎬ烘干后发现玻璃板上的液滴变
２ ３ ２ 微观形貌分析
啡环效应有很好的抑制作用ꎮ 咖啡环效应 [１４] 最初
智能材料的兴起ꎬ各种具备光、热、电、磁、应力应变
等功能响应性的智能材料不断问世ꎬ开发功能性玻
璃纤维已经成为智能复合材料领域未来发展的重要
方向ꎮ 制备具有色彩响应性的彩色玻璃纤维ꎬ不仅
能够使玻璃纤维的颜色变得多样化ꎬ并有可能进一
步制备出具有智能响应性的传感器或智能玻璃纤维
复合材料ꎮ
自然界中的颜色主要分为化学色( 色素色) 和
氧化石墨烯( ＧＯ) 是一种边缘含有大量羟基和
度ꎬ色彩艳丽ꎬ对环境无污染且不会褪色 [５ꎬ９] ꎬ因此
中分散性很好且其水溶液分散体易呈向列型液晶
面特殊微观结构对入射光进行一系列干涉、折射和
( ｂ) ꎮ 与化学色相比ꎬ结构色一般具有极高的饱和
结构色的研究受到科学家越来越多的关注ꎮ
ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｌｏｒｓ

２０２０ 年第 ２ 期
些特点使 ＧＯ 均匀堆积在纤维上时可能形成类似于
光子晶体的结构色ꎮ 在本文中ꎬ采用真空抽滤 ＧＯ
溶液的方法制备彩色玻璃纤维ꎬ并对彩色玻璃纤维
生色机理及“ ห้องสมุดไป่ตู้蒸气￣色彩” 响应性进行了研究ꎮ
２ 实验部分
２ １ 原材料
氧化石墨烯ꎬ上海昂星科技发展有限公司生产ꎬ
图 ２ 彩色玻璃纤维的制备过程
产品型号为 ＧＯ￣Ｐ￣１０ꎻ聚偏氟乙烯(ＰＶＤＦ) 微孔滤膜ꎬ
( ａ) 彩色玻璃纤维的制备过程ꎻ( ｂ) 由于抑制咖啡环效应ꎬ
ＧＯ 溶液在玻璃板上形成了彩色薄膜
孔径为 ０ ４５ μｍꎻ玻璃纤维ꎬ浙江巨石集团有限公司
( ａ) Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒꎻ ( ｂ) Ｔｈｅ ＧＯ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
抽滤氧化石墨烯( ＧＯ) 溶液的方法将 ＧＯ 均匀沉积在玻璃纤维表面ꎬ制备出了拥有类似一维光子晶体结构色涂层的玻璃纤维ꎬ
纤维表面堆积的 ＧＯ 层使入射光产生干涉现象从而形成彩色外观ꎮ 同时ꎬ该彩色玻璃纤维还具备“ 水蒸气￣色彩” 的循环变色
功能ꎮ
关键词: 玻璃纤维ꎻ 氧化石墨烯ꎻ 结构色ꎻ 变色响应
羧基的二维结构材料ꎬ具有良好的亲水性 [１１] ꎬ在水
相ꎮ 这种向列型液晶相 ＧＯ 的形成ꎬ使得以 ＧＯ 为基
材的功能性材料能产生周期性结构 [１２ꎬ１３] ꎮ ＧＯ 的这
收稿日期: ２０１９￣０５￣３０
本文作者还有郭新良 ２ ꎬ 高尚林 ３ ꎮ (３ 德国 ＧＺＤ 公司ꎬ 德累斯顿
０１１８７)
基金项目: 中国博士后基金 (２０１８Ｍ６４３５５２) ꎻ 长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助 ( ３００１０２３１９２０７) ꎻ 大学生创新创业训
ｆｏｒｍｓ ａ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｆｉｌｍ ｏｎ ｔｈｅ ｇｌａｓｓ ｐｌａｔｅ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｆｆｅｅ ｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ
天津津腾实验设备有限公司生产ꎬ滤膜直径为 ５０ ｍｍꎬ
生产ꎬ产品型号为 Ｅ６ＤＲ１７￣１２００￣３８０ꎮ
２ ２ 样品制备
２ ２ １ ＧＯ 溶液制备
练计划项目 ( Ｓ２０１９１０７１０２９７)
作者简介: 许培俊 (１９８４￣) ꎬ 男ꎬ 博士ꎬ 副教授ꎬ 主要从事聚合物基复合材料方面的研究工作ꎬ ｘｕｐｅｉｊｕｎ＠ｃｈｄ ｅｄｕ ｃｎꎮ
复合材料科学与工程
４５

６５０２１７)
摘要: 玻璃纤维因其良好的电绝缘性能、耐高温性能、耐腐蚀性能等被广泛应用于生活中的各个领域ꎮ 随着智能材料的
兴起ꎬ各种具有光、热、电、磁等功能响应性的智能材料问世ꎬ功能性玻璃纤维也成为智能复合材料未来发展的重要方向ꎮ 制备
具有色彩响应性的彩色玻璃纤维将使玻璃纤维的颜色更加多样化ꎬ并可扩展玻璃纤维在智能复合材料领域的应用ꎮ 通过真空
中图分类号: ＴＢ３３２ 文献标识码: Ａ 文章编号: ２０９６－８０００(２０２０)０２－００４４－０４
１ 前 言
自 １９３８ 年美国研制出玻璃纤维以来ꎬ玻璃纤维
就因其良好的电绝缘性能、耐高温性能、耐腐蚀性
能、阻燃性以及极高的拉伸强度等被广泛应用于航
空航天、建筑、汽车、化学化工等多种领域 [１￣４] ꎮ 随着
彩色玻璃纤维的制备及其变色响应性
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２０２０ 年 ２ 月


彩色玻璃纤维的制备及其变色响应性
许培俊１ꎬ２ꎬ ꎬ 程静琪１ ꎬ 张 宁１ ꎬ 冯 鑫１
(１ 长安大学材料科学与工程学院ꎬ 西安
７１００６４ꎻ ２ 云南省电网有限责任公司电力科学研究院ꎬ 昆明
配置 １ ｍｇ / ｍＬ 的 ＧＯ 水溶液ꎬ在水浴的条件下
超声处理 ３９ ｍｉｎ( 每隔 ３ ｍｉｎ 停一次ꎬ防止溶液过热
导致 ＧＯ 还原) ꎬ然后将该 ＧＯ 溶液在 ３０００ ｒ / ｍｉｎ 的
条件下离心处理 １５ ｍｉｎꎮ 取离心处理完成后的上层
Ｆｉｇ ２ Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ
结构色两类 [５] ꎮ 化学色的成因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ꎬ如化学
图 １ 化学色与结构色的生色机理
染料、涂料等 [５ꎬ６] ꎬ见图 １( ａ) ꎮ 结构色是由于物体表
Ｆｉｇ １ Ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｏｇｅｎｉｃ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
散射导致特定波长的光被反射形成的 [７￣１０] ꎬ见图 １