一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料及其制备方法。所述一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料包括基材和结合于基材的表面以及其孔隙内的MXene/PPy复合体；MXene/PPy复合体指的是MXene和在MXene的片层孔隙间或片层边缘附着的PPy颗粒形成的复合物；MXene/PPy复合体中PPy颗粒的浓度沿基材的厚度方向渐变；基材为具有孔隙结构和厚度的开孔海绵、无纺布或立体间隔织物。本发明专利技术通过冷冻界面聚合或气相聚合的方法，调控PPy的聚合速率与扩散分布，使得聚合过程中PPy可在加载有MXene的高分子基材的厚度方向由上至下浓度梯度分布，进而实现阻抗渐变。PPy的加入会增加偶极极化，并增加异质界面，调节MXene过高电导率引起的阻抗失配。本发明专利技术吸波材料具有良好的抗冲击性、透气性，环境稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料及其制备方法
本专利技术涉及一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料及其制备方法，属于微波吸收材料

技术介绍
吸波材料的高吸收性取决于吸波剂和材料结构对阻抗匹配和衰减性能的协同调节作用。吸波材料通常由吸波剂和基材构成。现有研究和应用最多的吸波剂包括电阻、介电及磁损耗类。比如羰基铁粉、金属氧化物导电聚合物等，普遍存在密度大、易于腐蚀、分散性差、电导率不理想等缺点。目前研究最为火热的石墨烯虽然电导率高，但难于与织物结合，存在粘附性差、容易脱落、导电不均匀的缺点。MXene是兼具高导电性与亲水性的一种新型二维材料，具有的独特手风琴层状结构有利于电磁波的多次反射吸收，但是过高的电导率易造成阻抗失配，且环境稳定性较差。目前对于MXene及其复合吸波材料的研究多为粉末、薄膜、气凝胶等，无法满足大面积吸波、屏蔽体的需要。单一吸波剂难以实现宽频、高效的吸波性能。往往采用多层复合吸波来提高吸波性能，并且兼顾各层的阻抗匹配。传统的阻抗渐变吸波材料为多层均质材料叠合而成，每层电磁参数恒定，层与层之间不可避免存在空气介质干扰，且存在层间结合度不高、多次弯曲或使用后容易剥离等问题。专利申请(CN106671514B)公开的一种间断阻抗渐变结构吸波复合材料，以透波层与不同浓度电损耗层的交替模压，实现阻抗渐变，复合材料在X、Ku波段具有良好的吸波能力，专利申请(CN109774211A)公开的阻抗渐变吸波蜂窝体的制备方法和专利申请(CN109423008A)公开的吸波胶膜及其制备方法和阻抗渐变吸波结构件，两个专利中将蜂窝层及其他功能层的交替粘结，实现阻抗渐变，有效改变吸收带宽，但上述层与层之间需要额外的粘接，制备方法较复杂，缺乏一种一体化阻抗梯度渐变吸波材料及一次性形成阻抗渐变吸波材料的制备方法，使得材料电阻在厚度方向梯度渐变而不存在层间介质层的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料及其制备方法，本专利技术通过气相聚合法或冷冻界面聚合法，在包覆MXene的具有孔隙结构和一定厚度的高分子材料基材上一次性形成阻抗渐变吸波材料，具体通过调控PPy的聚合速率与扩散分布，使得聚合过程中MXene/PPy复合体在基材的厚度方向由上至下浓度递增，进而实现阻抗渐变。本专利技术所提供的一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料，包括基材和结合于基材的表面以及其孔隙内的MXene/PPy复合体；所述MXene/PPy复合体指的是MXene和在所述MXene的片层孔隙间或片层边缘附着的PPy颗粒形成的复合物；所述MXene/PPy复合体中所述PPy颗粒的浓度沿所述基材的厚度方向渐变；所述基材为具有孔隙结构和厚度的开孔海绵、无纺布或立体间隔织物。所述PPy颗粒，是指吡咯单体通过冷冻聚合或气相聚合，沿附着有MXene的基材厚度方向，聚合而成的颗粒；所述基材的厚度方向渐变，是指在基材上、下表面附着的PPy颗粒浓度存在显著差异，导致上下表面电阻差异，差异大于300Ω。本专利技术中，所述开孔海绵由高分子发泡材料制成；所述高分子发泡材料科为聚乙烯、聚苯乙烯聚乙烯、聚氨酯聚乙烯或橡塑共混类材料。所述无纺布由高分子纤维材料通过针刺、热熔粘合、水刺或熔喷的方式制备得到；所述立体间隔织物由高分子纤维材料通过织造构成；所述立体间隔织物的厚度为0.5～30mm，纵密为5～80横列/5cm，横密为5～65纵行/5cm；所述高分子纤维材料可为棉纤维、粘胶类纤维素纤维、聚酯纤维、腈纶纤维、锦纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维或聚芳酯纤维。上述的柔性吸波材料中，所述MXene为Ti3C2TX、Nb2CTX、Ti2CTX、Mo2CTX、Ti4N3TX和V2CTX中任一种，其中，TX表示表面官能团，如＝O、-OH、-F等。所述MXene表面的官能团有利于与其他材料表面的极性基团形成氢键，是其与织物结合良好的重要保障，可改善多层复合材料透气性与柔韧性。虽然所述MXene的亲水性导致其环境稳定性差，但本专利技术中，通过在MXene层间及片层边缘引入PPy(聚吡咯)，阻碍了所述MXene的进一步氧化，并通过控制PPy的扩散，使得最终复合柔性吸波材料在厚度方向上浓度梯度渐变，进而实现阻抗梯度渐变，进一步与立体间隔织物或开孔海绵特有的孔隙结构的协同作用，改善阻抗匹配，增加电磁波的多重反射，可大大提高吸波性能。本专利技术制备的柔性吸波材料的结构示意图如图1所示。本专利技术进一步提供了所述柔性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：S1、采用液相剥离MAX相的方法制备少层或多层MXene；一般1～3层MXene为少层MXene，大于3层的MXene称之为多层MXene；S2、将所述基材浸泡于所述MXene的分散液中，经沥干至无液滴滴落或干燥得到负载有所述MXene的所述基材，然后经下述步骤(1)或(2)即得所述柔性吸波材料：(1)将所述基材浸泡于含有氧化剂的溶液或含有氧化剂和掺杂剂的混合液中，悬挂至无液滴滴落或干燥；然后置于吡咯单体、吡咯单体与有机溶剂的混合液的上方或与吡咯蒸汽相通，进行聚合反应，经干燥即得；(2)将所述基材浸泡于含有氧化剂的溶液或含有氧化剂和掺杂剂的混合液中，进行冷冻；然后将吡咯单体与有机溶剂的混合液倒于经冷冻后的所述基材上，进行聚合反应，经干燥即得。上述的方法中，步骤S1中，所述MAX相为Ti3AlC2、Nb2AlC、Ti2AlC、Mo2GaC、Ti4AlN3或V2AlC；以氟化锂和盐酸为刻蚀剂制备所述MXene；制备所述MXene的条件如下：氟化锂的质量为1～15g；盐酸的浓度为6～12M；所述MAX相的质量为1～10g，粒径大于400目；制备得到的所述MXene的分散液的浓度为1～20mg/ml；向所述MXene的分散液中加入所述氧化剂和所述掺杂剂得到所述混合液。上述的方法中，步骤S2(1)和(2)中，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙、过氧化氢、氯化铜和六水合氯化铁中任一种；所述掺杂剂为盐酸、5-磺基水杨酸钠、对甲苯磺酸、萘磺酸、对甲苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和樟脑磺酸中任一种；步骤S2(1)和(2)中，所述吡咯单体与所述氧化剂的摩尔比为1～9：1～9，具体可为1：1、4：1、1：5、1：2或2：3；所述吡咯单体与所述掺杂剂的摩尔比为1～20：1～9，具体可为1：1、1：2、2：1、7：9或20：1；步骤S2(1)和(2)中，所述干燥的温度为40～80℃，时间为6～24h；所述干燥之前，所述方法还包括采用水和乙醇反复洗涤所述聚合反应的产物的步骤。上述的方法中，步骤S2(1)中，所述干燥在真空条件下进行；步骤S2(2)中，所述冷冻的温度为-24～0℃，时间为0.5～72h。上述的方法中，步骤S2(1)中，所述聚合反应的温度为24～80℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料，包括基材和结合于基材的表面以及其孔隙内的MXene/PPy复合体；/n所述MXene/PPy复合体指的是MXene和在所述MXene的片层孔隙间或片层边缘附着的PPy颗粒形成的复合物；/n所述MXene/PPy复合体中所述PPy颗粒的浓度沿所述基材的厚度方向渐变；/n所述基材为具有孔隙结构和厚度的开孔海绵、无纺布或立体间隔织物。/n

【技术特征摘要】
1.一种一体化阻抗梯度渐变柔性吸波材料，包括基材和结合于基材的表面以及其孔隙内的MXene/PPy复合体；
所述MXene/PPy复合体指的是MXene和在所述MXene的片层孔隙间或片层边缘附着的PPy颗粒形成的复合物；
所述MXene/PPy复合体中所述PPy颗粒的浓度沿所述基材的厚度方向渐变；
所述基材为具有孔隙结构和厚度的开孔海绵、无纺布或立体间隔织物。


2.根据权利要求1所述的柔性吸波材料，其特征在于：所述开孔海绵由高分子发泡材料制成；
所述高分子发泡材料为聚乙烯、聚苯乙烯聚乙烯、聚氨酯聚乙烯或橡塑共混类材料。


3.根据权利要求1所述的柔性吸波材料，其特征在于：所述无纺布由高分子纤维材料通过针刺、热熔粘合、水刺或熔喷的方式制备得到；
所述立体间隔织物由高分子纤维材料通过织造构成；
所述立体间隔织物的厚度为0.5～30mm，纵密为5～80横列/5cm，横密为5～65纵行/5cm；
所述高分子纤维材料为棉纤维、粘胶类纤维素纤维、聚酯纤维、腈纶纤维、锦纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维或聚芳酯纤维。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性吸波材料，其特征在于：所述MXene为Ti3C2TX、Nb2CTX、Ti2CTX、Mo2CTX、Ti4N3TX和V2CTX中任一种，其中，TX表示表面官能团。


5.权利要求1-4中任一项所述柔性吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、采用液相剥离MAX相的方法制备少层或多层MXene；
S2、将所述基材浸泡于所述MXene的分散液中，沥干至无液滴滴落或干燥得到负载有所述MXene的所述基材，然后经下述步骤(1)或(2)即得所述柔性吸波材料：
(1)将所述基材浸泡于含有氧化剂和掺杂剂的混合液中，悬挂至无液滴滴落或干燥；然后置于吡咯单体、吡咯单体与有机溶剂的混合液的上方或与吡咯蒸汽相通，进行聚合反应，经干燥即得；
(2)将所述基材浸泡于含有氧化剂和掺杂剂的混合液中，进行冷冻；然后将吡咯单体与有机溶剂的混合液倒于经冷冻后的所述基材上，进行聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖红，张恒宇，王焰，梁高勇，陈剑英，冯硕，季惠，施楣梧，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11