兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料及其制备方法，该纳米气凝胶材料由具有高交联密度的含硅聚合物基体和碳纳米材料组成，碳纳米材料均匀分散在所述含硅聚合物基体中，所述含硅聚合物基体吸附在碳纳米材料表面形成了有机

【技术实现步骤摘要】
兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物纳米复合吸波和红外隐身材料领域，涉及兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]要制备兼具优异电磁波
(EMW)
吸收性能和优异红外
(IR)
隐身性能的材料，需要考虑两个关键问题：
(1)
电磁波吸收材料需要低反射率和高吸收率，而红外隐身材料需要高反射率和低红外吸收率，由于这两方面的原理完全相反，因此使用一种材料将电磁波吸收和红外隐身结合起来似乎具有很大的挑战性；
(2)
材料吸收的电磁波能量会转化为焦耳热，导致温度升高，而温度升高会恶化材料的红外隐身性能，这也为制备兼具优异电磁波吸收性能和优异红外隐身性能的材料增加了难度
。
因此，若能将热辐射阻挡和电磁波吸收结构集成到一个材料体系中，对于开发具有优异热红外隐身性和电磁波吸收性能的多功能材料具有重要意义
。
[0003]多孔高分子材料具有重量轻
、
柔性
、
耐腐蚀等诸多优势，目前在诸多领域广泛应用
。
其中，纳米气凝胶材料
(
材料中具有纳米尺寸的空气分布
)
由于其独特的结构，包括纳米孔径
、
高比表面积和高空隙率，可用于阻断热传导和红外信号
。
对于红外隐身材料而言，纳米气凝胶材料的纳米孔径会诱发克努森效应，极大地限制空气分子的自由运动，从而有效降低纳米气凝胶材料的热传导和热对流
。
根据
Stefan
‑
Boltzmann
理论，高比表面积有利于增强材料的红外波反射，提高材料的红外隐身性能，而高空隙率有利于降低材料的热传导和改善电磁波阻抗匹配，从而有望同时提高材料的红外隐身性和电磁波吸收性能
。
但是，目前尚未见相关方法的报道，本专利技术正是针对该问题而提出的，希望开发出同时具备优异吸波性能和红外隐身性能的纳米材料
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术难以将热辐射阻挡性能和电磁波吸收性能有效集成到一个材料体系中的问题，本专利技术提供了兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料及其制备方法，以同时提高材料的
EMW
吸收性能和红外隐身性能
。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，该纳米气凝胶材料由具有高交联密度的含硅聚合物基体和碳纳米材料组成，碳纳米材料均匀分散在所述含硅聚合物基体中，所述含硅聚合物基体吸附在碳纳米材料表面形成了有机
‑
无机杂化结构，该纳米气凝胶材料中具有纳米级孔隙结构，空隙率为
90
％～
95
％，该纳米气凝胶材料同时具有吸波性能和红外隐身性能
。
[0007]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料中碳纳米材料的体积含量为
1.6vol.
％～
1.9vol.
％，这里在的碳纳米材料的体积
含量在计算时是考虑了纳米气凝胶材料中的空气相的体积在内的
。
[0008]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述碳纳米材料为一维碳纳米材料
(
例如纤维状碳纳米材料
)
或二维碳纳米材料
(
例如片状碳纳米材料
)。
[0009]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述具有高交联密度的含硅聚合物基体的交联密度应当满足构建纳米孔结构的要求，一种可行的含硅聚合物基体为聚乙烯基三甲基硅烷
。
[0010]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料的孔径为
30
～
40nm。
[0011]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料的比表面积为
550
～
600m2/g。
[0012]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料的密度为
0.15
～
0.18g/cm3。
[0013]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料的压缩模量为
2.7
～
3.6MPa。
[0014]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的技术方案中，所述纳米气凝胶材料的导热系数为
35
～
42mW
·
m
‑1K
‑1。
[0015]本专利技术还提供了上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)
将具有高交联密度的含硅聚合物基体溶解于溶剂中，得到含硅聚合物基体溶液；将碳纳米材料均匀分散在溶剂中，得到碳纳米材料分散液；将含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液充分混合，然后加入氨水以诱导旋节线分解，在加入氨水并混合均匀后，得到凝胶前驱液，将凝胶前驱液转移至模具中，在
35
～
45℃
的烘箱中放置至凝胶前驱液转变成凝胶状态，得到湿凝胶；将所得湿凝胶浸没于溶剂中进行老化；
[0017]该步骤中，控制含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液的比例关系使得碳纳米材料在含硅聚合物基体溶液和碳纳米材料分散液中的体积占比低于
1.9vol.
％，控制氨水的加入量使得水与含硅聚合物基体中的
Si
元素的摩尔比为
(5
～
10):1
；
[0018](2)
将步骤
(1)
老化后的样品进行超临界二氧化碳干燥，得到兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料
。
[0019]上述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的制备方法的技术方案中，步骤
(1)
中控制含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液的比例关系的原则是使得最终制备得到的纳米气凝胶材料中碳纳米材料的体积含量为
1.6vol.
％～
1.9vol.
％，但考虑到制备过程中样品会发生体积收缩，所以步骤
(1)
中应控制含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液的比例关系使得碳纳米材料在含硅聚合物基体溶液和碳纳米材料分散液的混合液中的体积占比低于
1.9vol.
％，通常，根据制备过程中样品收缩程度的差异，步骤
(1)
中控制含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液的比例关系使得碳纳米材料在含硅聚合物基体溶液和碳纳米材料分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，其特征在于，该纳米气凝胶材料由具有高交联密度的含硅聚合物基体和碳纳米材料组成，碳纳米材料均匀分散在所述含硅聚合物基体中，所述含硅聚合物基体吸附在碳纳米材料表面形成了有机
‑
无机杂化结构，该纳米气凝胶材料中具有纳米级孔隙结构，空隙率为
90
％～
95
％，该纳米气凝胶材料同时具有吸波性能和红外隐身性能
。2.
根据权利要求1所述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，其特征在于，该纳米气凝胶材料中碳纳米材料的体积含量为
1.6vol.
％～
1.9vol.
％
。3.
根据权利要求1所述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，其特征在于，所述碳纳米材料为一维碳纳米材料或二维碳纳米材料
。4.
根据权利要求1所述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，其特征在于，所述含硅聚合物基体为聚乙烯基三甲基硅烷
。5.
根据权利要求1至4中任一权利要求所述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料，其特征在于，该纳米气凝胶材料的孔径为
30
～
40nm。6.
权利要求1至5中任一权利要求所述兼具优异吸波和红外隐身性能的纳米气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将具有高交联密度的含硅聚合物基体溶解于溶剂中，得到含硅聚合物基体溶液；将碳纳米材料均匀分散在溶剂中，得到碳纳米材料分散液；将含硅聚合物基体溶液与碳纳米材料分散液充分混合，然后加入氨水以诱导旋节线分解，在加入氨水并混合均匀后，得到凝胶前驱液，将凝胶前驱液转移至模具中，在
35
～

【专利技术属性】
技术研发人员：李光宪，马昊宇，龚鹏剑，朴哲范，
申请(专利权)人：江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：