祝贺本课题组的碳纳米管结构致色工作被Science Advances接收

近日，本课题组的研究论文《超强耐久性且阻燃的碳纳米管结构致色（Superdurable and Fire-retardant Structural Coloration of Carbon Nanotubes）》被Science Advances接收。论文第一作者为博士后陈凤翔、联合培养研究生黄娅、直博生李润和联合培养研究生张世亮，通讯作者为清华大学化工系张如范副教授。

众所周知，碳纳米管被认为是制备超强纤维、透明导电膜、下一代碳基芯片、智能可穿戴设备等众多前沿领域的理想材料，在过去的三十年中得到了广泛关注。然而，碳纳米管存在的两个固有缺点限制了其应用。首先，碳纳米管本身为黑色，不能满足美学和时尚的要求，这极大地限制了碳纳米管在可穿戴设备、智能织物、功能涂层等众多领域的应用。由于碳纳米管的超黑特性、表面高度结晶性以及化学惰性，碳纳米管的着色一直是一个巨大的挑战。目前为止，还没有一种可行的、广泛适用的技术来为所有类型的碳纳米管着色。此外，碳纳米管的易燃特性严重限制了它们在高温有氧环境中的应用。

受到自然界中结构致色的启发，本课题组首次通过原子层沉积技术在碳纳米管表面覆盖一层薄薄的非晶态二氧化钛（TiO₂）层，利用薄膜干涉的原理实现了碳纳米管的结构致色。通过调节TiO₂涂层的厚度，碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜均呈现出可控的亮丽颜色。相比于传统染料和颜料，以TiO₂涂层为基础的碳纳米管颜色表现出了超强的耐久性，可经受2000次洗涤实验和10个月以上的高强度紫外线照射实验。更重要的是，覆盖TiO₂涂层的碳纳米管具有显著的阻燃性能。与着火后容易烧毁的原始碳纳米管相比，覆盖TiO₂涂层的碳纳米管纤维在着火燃烧8小时后仍能保持完整、不断裂。彩色碳纳米管的超耐久性以及阻燃性能显著提高了碳纳米管的本征性能，拓宽了碳纳米管的潜在应用领域。

图1. 彩色碳纳米管的制备和结构表征。

图2. 彩色碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜的光学照片。

图3. 彩色碳纳米管的结构致色机理。

图4. 彩色碳纳米管的超耐久性、阻燃性能以及力学性能、电学性能的测试。

该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。Science Advances是AAAS旗下涵盖所有学术领域的知名综合类期刊。该期刊2021年的影响因子为14.136。