一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层及其制备方法技术

一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层，属于涂层技术领域，可解决现有具有微波吸收涂层吸波性能偏低，以及无法实现自清洁和防结冰的问题，本发明专利技术包括如下步骤：分别合成低表面能的纳米粒子油性分散液和Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料，先后在基底上喷涂Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料和低表面能的纳米粒子油性分散液，得到自清洁和防结冰的微波吸收涂层，相对于传统的微波吸收涂层，吸收性能更加优异，还具有优异的自清洁和防结冰性能，且可以大面可控制备，在军民两个领域都具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层及其制备方法
本专利技术属于涂层
，具体涉及一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层及其制备方法。
技术介绍
随着隐身技术以及微波武器，雷达、电子对抗在军事斗争中的作用增大，微波吸收材料的研究和应用越来越受到重视。在现代战场上，不同型号的飞机和导弹使用了微波吸收材料可以使其有效反射面降低90％，这使雷达威力大幅下降。地面武器如坦克、装甲车以及火炮使用吸波材料进行隐身，使敌方电子侦察，包括卫星侦察和地面电子侦察都不能有效发挥作用。研制宽频带高性能以及轻质薄层微波吸收材料并将这种材料和提高军事武器装备的性能紧密结合起来，将对提高部队的战斗产生重大影响；研制电磁参数温度稳定性和吸收特性好的高功率吸收材料并将这种材料应用于微波终端的设计与制造，微波武器功率检测系统，对提高现役袈备的性能都是有重要意义的。近年来，关于纳米微波吸收材料的报道很多，并也获得了宽频带高性能的纳米微波吸收粉体材料，但是，实质性应用很少。主要根源在于，现有基于纳米微波吸收粉体的微波吸收涂层还存在频宽和厚度难以同时优化的问题。另外，现有微波吸收涂层表面上容易结冰和落灰尘，会降低微波吸收涂层的性能。这些问题大大限制了纳米微波吸收涂层的工程化应用和增加了涂层的维护费用。超疏水涂层在水中，容易在其与水介质界面形成一层气化膜，能防止灰尘落在涂层表面后由于分子的无规则运动而进入涂层内部影响涂层的微波吸收性能，且优异的超疏水性能使涂层具有自清洁性能，灰尘落在涂层表面经过风吹和雨水冲刷后依然如初，所以，将超疏水涂层和微波吸收涂层复合，期望制得具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层。但是，具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层鲜有报道，这种双功能涂层的制备中关键技术是如何赋予微波吸收涂层的超疏水特性，同时又不影响微波吸收性能。构建涂层表面微-纳米结构是实现超疏水最有效途径，如采用水溶液化学法、化学或激光刻蚀法、水热法、阳极处理法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、纳米复合涂层法和模板法等在金属表面构建多孔或阵列结构。研究发现，这种多孔或阵列结构拥有优异的超疏水特性，但是，因为多孔或阵列结构粗糙度大，机械性强度不高，在受到外界作用时，很容易被破坏掉，导致其疏水性能下降。此外，前期不管是超疏水涂层还是微波吸收涂层的制备方法，大多存在设备昂贵、重复性差或工艺繁琐等缺陷，只适用于实验研究不能大规模制备。因此，如何发展一种操作简单、能大规模应用和性能稳定的同时具备自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层的制备方法就显得具有重要的价值与意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有具有微波吸收性能，自清洁功能和防结冰功能的复合涂层制备方法复杂以及性能不稳定的问题，提供一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层，包括从外到内依次喷涂于金属基底上的外涂层和内涂层，其中，外涂层为具有低表面能的纳米粒子组装膜，内涂层为Fe3O4/rGO/PANI/树脂掺杂复合膜。一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层的制备方法，包括如下步骤：第一步，低表面能的纳米粒子油性分散液的制备a.称取4~6g的NaOH溶于92.5mL的去离子水，配制NaOH溶液备用，分别称取2.86~4.29g的FeCl2·4H2O和4.864~7.296g的FeCl3·6H2O，溶于70~110mL去离子水中，超声分散为均匀的溶液后，转移至烧瓶中加热，当温度升至40~60℃时，按照1滴/秒的速率开始向烧瓶中滴加NaOH溶液，滴加完成后，继续在40~60℃条件下，反应1.5h，反应结束后，冷却至25℃，用去离子水超声洗涤若干次，得到磁性粒子，将磁性粒子超声分散至250~350mL的体积比为1:4的水/乙醇溶液中，得到稳定的Fe3O4分散液；b.取250mL的Fe3O4分散液，向其中加入10ml氨水，搅拌分散1h，在搅拌过程中，逐滴加入4ml硅酸乙酯，然后再25℃下搅拌6h，通过磁吸附沉淀，用乙醇和蒸馏水洗涤，得到Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子，将Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子超声分散于150ml去离子水中，得到Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子分散液；c.取120mL的Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子分散液，向其中依次加入1~4g的尿素、2~6g的阳离子表面活性剂、4~10mL的1-戊醇、100~150mL的环己烷和10g硅酸乙酯，在25℃下搅拌0.5-6h，得到混合溶液，将混合溶液转移至反应釜中，在110~150℃下反应5h后，冷却到25℃后，通过磁吸附沉淀，用水和乙醇进行洗涤干燥后，得到Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子，将Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子分散于150ml甲苯溶液中，得到Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子甲苯分散液；d.称取100mL的Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子甲苯分散液，向其中加入30~50mL的l正辛基三甲氧基硅氧烷，在120℃条件下回流反应20~48h，利用磁吸附沉淀，用甲苯和二甲苯进行洗涤，得到Fe3O4@H-SiO2/有机复合纳米粒子，将Fe3O4@H-SiO2/有机复合纳米粒子超声分散于溶剂中，得到固含量为10.0~25.0wt%的低表面能的纳米粒子油性分散液；第二步，Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料的制备a.将0.01M的苯胺溶于10mL浓度为1M的盐酸溶液中，超声分散15min，得到混合溶液A，将0.01M的过硫酸铵溶于10mL浓度为1M的盐酸溶液中，超声分散15min，得到混合溶液B，将混合溶液B倒入混合溶液A，20℃条件下，搅拌2h，反应完成后，得到墨绿色的溶液，将墨绿色的溶液过滤，得到过滤物，用水和甲醇洗涤若干次至洗液为无色，将洗涤后的过滤物溶于去离子水中得到质量分数为1wt%-3wt%的PANI溶液；b.量取10mL的浓度为80%的水合肼与20mL的无水乙醇混合均匀，得到水合肼混合溶液备用；分别量取400mL的2.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮添加到烧杯中超声分散均匀后，转移至烧瓶中开始加热，待温度达到80℃时，开始向烧瓶中滴加水合肼混合溶液，滴加完成后，反应3h，反应结束后，冷却至25℃，得到rGO分散液；在100~150ml的rGO分散液中分别加入20~40ml的Fe3O4分散液和30~60ml的PANI溶液，在50~85℃条件下，再加入表面修饰剂后，反应2~6h，得到Fe3O4/rGO/PANI复合磁性粒子的水溶液；c.用磁铁吸附Fe3O4/rGO/PANI复合磁性粒子的水溶液，使Fe3O4/rGO/PANI复合磁性粒子沉降，然后用无水乙醇洗涤3~5次，得到Fe3O4/rGO/PANI磁性粒子浆料，将Fe3O4/rGO/PANI磁性粒子浆料加入到树脂中，在1000~1500转/分的转速搅拌下，分散1.0h，得到浓度5~35wt%的Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料；第三步，具有自清洁、防结冰和微波吸收多功能涂层的制备将Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料均匀喷涂在金属基底表面作为内涂层，放入60℃烘箱中30~120min，待内涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层，其特征在于：包括从外到内依次喷涂于金属基底上的外涂层和内涂层，其中，外涂层为具有低表面能的纳米粒子组装膜，内涂层为Fe3O4/rGO/PANI/树脂掺杂复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层，其特征在于：包括从外到内依次喷涂于金属基底上的外涂层和内涂层，其中，外涂层为具有低表面能的纳米粒子组装膜，内涂层为Fe3O4/rGO/PANI/树脂掺杂复合膜。2.一种如权利要求1所述的具有自清洁、防结冰和微波吸收的多功能涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，低表面能的纳米粒子油性分散液的制备a.称取4~6g的NaOH溶于92.5mL的去离子水，配制NaOH溶液备用，分别称取2.86~4.29g的FeCl2·4H2O和4.864~7.296g的FeCl3·6H2O，溶于70~110mL去离子水中，超声分散为均匀的溶液后，转移至烧瓶中加热，当温度升至40~60℃时，按照1滴/秒的速率开始向烧瓶中滴加NaOH溶液，滴加完成后，继续在40~60℃条件下，反应1.5h，反应结束后，冷却至25℃，用去离子水超声洗涤若干次，得到磁性粒子，将磁性粒子超声分散至250~350mL的体积比为1:4的水/乙醇溶液中，得到稳定的Fe3O4分散液；b.取250mL的Fe3O4分散液，向其中加入10ml氨水，搅拌分散1h，在搅拌过程中，逐滴加入4ml硅酸乙酯，然后再25℃下搅拌6h，通过磁吸附沉淀，用乙醇和蒸馏水洗涤，得到Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子，将Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子超声分散于150ml去离子水中，得到Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子分散液；c.取120mL的Fe3O4@SiO2核壳结构复合纳米粒子分散液，向其中依次加入1~4g的尿素、2~6g的阳离子表面活性剂、4~10mL的1-戊醇、100~150mL的环己烷和10g硅酸乙酯，在25℃下搅拌0.5-6h，得到混合溶液，将混合溶液转移至反应釜中，在110~150℃下反应5h后，冷却到25℃后，通过磁吸附沉淀，用水和乙醇进行洗涤干燥后，得到Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子，将Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子分散于150ml甲苯溶液中，得到Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子甲苯分散液；d.称取100mL的Fe3O4@SiO2/有机复合纳米粒子甲苯分散液，向其中加入30~50mL的l正辛基三甲氧基硅氧烷，在120℃条件下回流反应20~48h，利用磁吸附沉淀，用甲苯和二甲苯进行洗涤，得到Fe3O4@H-SiO2/有机复合纳米粒子，将Fe3O4@H-SiO2/有机复合纳米粒子超声分散于溶剂中，得到固含量为10.0~25.0wt%的低表面能的纳米粒子油性分散液；第二步，Fe3O4/rGO/PANI/树脂复合涂料的制备a.将0.01M的苯胺溶于10mL浓度为1M的盐酸溶液中，超声分散15min，得到混合溶液A，将0.01M的过硫酸铵溶于10mL浓度为1M的盐酸溶液中，超声分散15min，得到混合溶液B，将混合溶液B倒入混合溶液A，20℃条件下，搅拌2h，反应完成后，得到墨绿色的溶液，将墨绿色的溶液过滤，得到过滤物，用水和甲醇洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友谊，马艺冰，周亚亚，刘亚青，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14