一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料及制备方法技术

一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料及制备方法，涉及隐身材料技术领域。通过冰模板法和层状复合相变材料制备具有规整通道的隔热层和相变层的MXene/还原氧化石墨烯气凝胶基相变复合材料，利用多孔结构隔热和相变材料储热实现红外隐身功能。同时，利用碳基材料的光热和焦耳加热特性，实现了气凝胶结构隔热与骨架光热/电热兼容的一体化功能。更进一步地，将热致变色油墨喷涂至隔热层表面制备得到具有可见光伪装层的MGPT复合材料，利用光热及电热辅助实现了沙漠黄色和丛林绿色之间的伪装色快速切换。沙漠黄色和丛林绿色之间的伪装色快速切换。

【技术实现步骤摘要】
一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料及制备方法

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[0001]本专利技术涉及隐身材料
，具体涉及MXene/还原氧化石墨烯气凝胶基相变复合材料及制备方法。

技术介绍
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[0002]随着探测技术的快速发展，除可见光侦察以外的热成像目标探测定位也逐渐成为常规的探测技术，由于一切高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，即使可以完成可见光伪装的目标也无法躲避夜间的红外探测。因此，研究集可见光伪装与红外隐身一体化的全天候兼容性多重伪装材料对于伪装防护具有重要意义。
[0003]通常，红外隐身是通过平衡目标与周围环境之间的热红外辐射能量实现的。物体热红外辐射的能量遵循Stefan
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Boltzman定律:W＝εσT4(σ为Stefan
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Boltzman常数)。即，物体的热红外辐射与物体表面的红外发射率(ε)和表面热力学温度(T)的四次方成正比。因此，红外隐身可以通过调控目标表面红外发射率和控制目标表面温度实现。调控目标表面发射率是一种有效的策略，如构造微纳米表面结构、使用具有低红外发射率的金属薄膜/涂层等，但是通过使用不同材料或构造不同结构所实现的静态发射率工程往往只适用于目标在固定的发射率背景或温度下的红外隐身，不能满足环境温度变化或目标移动时的隐身需求。相比之下，控制目标表面温度是一种更加简单、灵活的方式，其主要包括隔热和热流控制在内的温度调制。气凝胶作为一种多孔、轻质材料，在隔热上具有极佳的表现，但是传统的气凝胶由于其厚度和力学上的缺陷难以被广泛应用。本专利设计二维片状纳米材料构建气凝胶骨架，通过调控热辐射、热传导、热对流这三大主要的隔热要素，提升隔热性能，达到红外隐身目的。同时，利用相变材料的储热/释热，隔热气凝胶/相变复合材料具备进一步自我调适的控温能力，在红外隐身材料领域颇具应用前景。
[0004]除红外隐身，可见光伪装功能也是伪装材料推广应用必备的功能。可见光伪装是通过调节光的透射或反射适应可见范围内的背景颜色来实现的。复合涂料是实现可见光伪装最直接有效的方式。常规涂料由于其伪装色彩的固定性一般只能适应于单一背景伪装，这将为不同环境转换条件下的伪装带来不便。而热致变色油墨则可通过温度调节实现动态的颜色变化，使材料灵活地融入到不同的环境中且热致变色材料具有可控性强、适用范围广等优势。
[0005]利用隔热控温的红外隐身材料通常要求材料具有较低的热导率，而热致变色则要求材料具有导热性能，两者的工作原理相反，因此，平衡红外隐身与热致变色伪装之间的矛盾，实现兼容性的多重伪装一体化仍是一个挑战。鉴于此，本专利提供一种新型、简单、高效的方法，采用气凝胶结构隔热与相变材料吸热以及碳基骨架光热/电热的策略，解决隔热基础上红外隐身与导热基础上热致变色的双重伪装兼容性的问题。具体来讲，通过两步还原法、冰模板法制备了具有规整定向微通道结构的MXene/还原氧化石墨烯复合气凝胶(MG)，该气凝胶可以通过隔热实现红外隐身功能。通过在MG中复合正十八烷相变材料得到了具有
隔热层和相变层双层结构的MXene/还原氧化石墨烯气凝胶/相变复合材料(MGP)，以增强红外隐身性能和目标温度适配性。更进一步地，我们将热致变色油墨喷涂至MGP隔热层表面制备得到具有热致变色层的MXene/还原氧化石墨烯气凝胶/相变/油墨复合材料(MGPT)。充分考虑伪装材料的环境适应性，如光能利用受限影响光热变色效果，利用碳基材料的焦耳加热特性，实现骨架光热及电热辅助下的荒漠黄色和丛林绿色之间快速的伪装色切换。这种多功能一体化的材料，对于光照、黑暗、温度等不同环境下均具有比较理想的红外隐身效果，同时，基质材料的光热效应作用于变色油墨可赋予其快速的颜色切换能力。预期，这种具有良好环境适应性的、可调控的多重伪装一体化的复合材料除在军事防护领域抵抗红外探测和实现丛林、沙漠等不同环境下的可见光伪装外，也可在电子皮肤、智能服装等领域得到应用。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料及其制备方法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]具有双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料，其特征在于，MXene/还原氧化石墨烯形成的复合气凝胶(MG)的下层部分浸润有相变材料正十八烷(PCM)形成相变结构层，MXene/还原氧化石墨烯形成的复合气凝胶(MG)的上层部分涂敷有热致变色油墨(TCM)，形成变色层；相变层和变色层之间具有间隔距离；MXene/还原氧化石墨烯的复合气凝胶(MG)具有可调控的微通道结构。
[0009]复合气凝胶(MG)微通道结构通道宽度为30～40μm，复合材料整体厚度为5～7mm；相变材料正十八烷(PCM)的质量是复合气凝胶(MG)质量的6～10倍。热致变色油墨(TCM)的质量是复合气凝胶(MG)质量的1～3倍。
[0010]所述一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料及其制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：
[0011](1)制备氧化石墨烯
[0012]优选，使用天然石墨作为原料，将2份天然石墨，2份NaNO3，60份H2SO4加入三口烧瓶中，5℃搅拌15min；冰浴下加入6份KMnO4，35℃保持4h；加入20份去离子水，升温至80℃保持30min；再加入8份H2O2和160份去离子水，静置后水洗离心至中性；将得到的氧化石墨泥浆冷冻干燥，重新分散在去离子水中，超声30min，得到氧化石墨烯分散液。
[0013](2)制备MXene纳米片
[0014]优选，将1.6份LiF溶解在9mol L
‑1HCl中，搅拌下加入1份Ti3AlC2粉末，35～40℃反应24～36h，得到MXene悬浮液；去离子水反复洗涤，并在5000～8000rpm下离心10～20min，至pH值达到6；在氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1～2h后，再以3000～5000rpm离心1～2h获得带有MXene片的均匀上清液；冷冻干燥后得到MXene纳米片。
[0015](3)制备MXene/还原氧化石墨烯复合气凝胶
[0016]按照将MXene的水分散液和GO水分散液进行混合加入VC，MXene与GO的质量比为1～6:1(优选1:1)，GO与VC的质量比为1～1:3(优选1:2)，将MXene与GO混合分散液在冰浴中超声15～30min，然后置于60～70℃烘箱中预还原1～2h，得到MXene/p
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rGO水凝胶；将盛有
MXene/p
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rGO水凝胶的玻璃模具置于浸泡在液氮中的铜柱上，定向冷冻0～30min且不为0；然后在室温下解冻后于80～90℃烘箱中再还原0～2h且不为0；还原得到的水凝胶在水中透析12h以除去过量的VC；置于液氮中完全冷冻，然后在真空＜30Pa，
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70℃条件下冷冻干燥48h，得到复合气凝胶(MG)；
[0017](4)制备MGP复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料，其特征在于，MXene/还原氧化石墨烯形成的复合气凝胶(MG)的下层部分浸润有相变材料正十八烷(PCM)形成相变结构层，MXene/还原氧化石墨烯形成的复合气凝胶(MG)的上层部分涂敷有热致变色油墨(TCM)，形成变色层；相变层和变色层之间具有间隔距离；MXene/还原氧化石墨烯的复合气凝胶(MG)具有可调控的微通道结构。2.按照权利要求1所述的一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料，其特征在于，复合气凝胶(MG)微通道结构通道宽度为30～40μm，复合材料整体厚度为5～7mm；相变材料正十八烷(PCM)的质量是复合气凝胶(MG)质量的6～10倍。热致变色油墨(TCM)的质量是复合气凝胶(MG)质量的1～3倍。3.制备权利要求1或2所述的一种具有红外隐身和可见光双重伪装功能的3D气凝胶基相变复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯(2)制备MXene纳米片(3)制备MXene/还原氧化石墨烯复合气凝胶按照将MXene的水分散液和GO水分散液进行混合加入VC，MXene与GO的质量比为1～6:1，GO与VC的质量比为1～1:3，将MXene与GO混合分散液在冰浴中超声15～30min，然后置于60～70℃烘箱中预还原1～2h，得到MXene/p
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rGO水凝胶；将盛有MXene/p
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rGO水凝胶的玻璃模具置于浸泡在液氮中的铜柱上，定向冷冻0～30min且不为0；然后在室温下解冻后于80～90℃烘箱中再还原0～2h且不为0；还原得到的水凝胶在水中透析12h以除去过量的VC；置于液氮中完全冷冻，然后在真空冷冻干燥如条件为：＜30Pa，
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70℃条件下冷冻干燥48h，得到复合气凝胶(MG)；(4)制备MGP复合材料将6～10倍于复合气凝胶(MG)质量的正十八烷(PCM)加热融化后缓慢均匀地滴注在气凝胶上，反向放置冷却，使正十八烷沿气凝胶的下层分布；(5)制备MGPT复合材料将1～3倍于复合气凝胶(MG)质量热致变色油墨(TCM)稀释至5～10％后使用喷笔按照预先设计好的图案均匀地喷涂在MGP表面，置于通风处干燥，最终得到按照迷彩图案实现颜...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬芝，李白雪，于中振，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：