[發明專利]一種具有多頻段隱身和超疏水特性的多功能多級納米錐陣列結構涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210383204.2
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114854310A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王紫玉;段玉平;楊萱;黃靈璽;靳黎忠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C09D201/00
• 分類號: C09D201/00;C09D5/30;C09D5/24;C09D5/32
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發明公開了一種具有多頻段兼容隱身和超疏水特性的多功能多級納米錐陣列結構涂層及其制備方法，利用定向冷凍干燥技術構建由MXene自組裝形成的納米錐陣列，并用表面活性劑對納米碳黑和納米二氧化硅進行表面功能化處理，將處理好的粉體在溶劑中混合均勻并實現二級納米結構自組裝，采用機械攪拌工藝將上述復合粉體與樹脂基體混合均勻，采用變溫真空浸漬法將制得漿料與MXene納米錐陣列復合，獲得具有多級納米錐結構的涂層。該制備法操作簡單、成本低、制備效率高，可同時實現超疏水、防除冰、多頻段隱身、抗紫外線輻射、柔性、抗沖擊性以及耐磨性等多功能的兼容。可解決現有疏水涂層防除冰效率低、多頻段隱身不兼容及露天環境耐久性的難題。

技術領域

本發明屬于多功能涂層制備技術領域，具體涉及一種具有多頻段隱身和超疏水特性的多功能多級納米錐陣列結構涂層及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，疏水涂層的應用越來越廣泛，各領域對疏水涂層的要求也越來越多。例如大型風力葉片、高速列車轉向架都需要通過被覆疏水涂層獲得良好的防冰、除冰效果從而保證風力葉片的正常運轉，列車正常運行。另外具有高機動性的飛行器或武器不僅需要具有良好的多頻段隱身性能，包括雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身等，并且上述期間長時間在露天環境工作，常年受紫外線照射容易產生老化，因此涂層還需要具有防紫外線老化的性能。而且露天環境的復雜性還要求材料具有柔性、抗沖擊性以及耐磨性。同時還需要具備優異的疏水特性，防止在高速飛行中表面結冰導致飛行阻力變大。然而目前絕大多數的疏水涂層都是通過在樹脂中引入硅、氟等原子基團降低表面能或是引入納米顆粒提高涂層的粗糙度，進而實現疏水、防冰效果。但是一旦當涂層表面出現一層薄冰，那么結冰速度就迅速增加而且涂層基本不具備自除冰能力。即使有些疏水涂層能夠通過電加熱的方式進行除冰操作，但是單純電加熱產生大量能源的消耗并不符合當前節能環保的發展趨勢。另一方面，由于實現多頻段隱身對材料具有諸多限制，例如滿足雷達阻抗匹配、特殊的吸收劑成分、多層結構等，這些都容易對涂層的疏水性能產生負面影響，因此當前的疏水涂層還并不能有效地實現多頻段隱身性能與疏水性能的兼容。

綜上所述，發明一種工藝簡單、易于操作，能夠實現高效的防冰、除冰且具有多頻段隱身、超疏水特性的多功能涂層是本領域亟待解決的問題。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種具有多頻段隱身和超疏水特性的多功能多級納米錐陣列結構涂層及其制備方法，所述涂層首先是通過定向冷凍干燥技術在基材表面構筑MXene納米陣列，然后通過對納米碳黑以及納米二氧化硅兩種粉體進行功能化處理降低納米顆粒表面能的同時實現二者的自組裝，構筑二級納米結構再利用變溫真空浸漬法將上述二級納米結構與MXene納米陣列復合形成具有多頻段隱身和超疏水特性的多功能多功能涂層；多級納米粗糙度使涂層獲得理想的疏水效果，同時通過自組裝形成的黑色復合粉體不僅具有高效的吸光效果，實現可見光抗反射及耐紫外輻射功能，還具有導電性和導熱性，可以通過光熱轉化和電加熱兩種方式防冰、除冰，從而大大提高效率并節約能源，另外復合物具有優異的多頻段隱身性能，制備的MXene納米錐陣列及摻入的炭黑和二氧化硅具有優異的雷達隱身性能，導電性的控制還可以改變材料的紅外發射率，實現紅外隱身。通過調控樹脂配比或改性樹脂還可獲得柔性、抗沖擊性以及耐磨性。綜上所述涂層同時集成了超疏水、防冰、除冰、光熱轉化及電加熱協同、紅外隱身、可見光隱身、耐紫外老化、柔性、抗沖擊性、耐磨性、雷達隱身多種功能。

本發明提供一種具有多頻段兼容隱身和超疏水特性的多功能多級納米錐陣列結構涂層，涂層表面為不平整的凸起結構，涂層底部為設有向上凸起的MXene或聚苯胺納米陣列層，涂層上部為樹脂層，所述MXene或聚苯胺納米陣列上表面上設有通過樹脂固定的二級納米結構；

所述二級納米結構為表面設有A顆粒的B顆粒；

所述A顆粒和B顆粒為表面功能化的A顆粒和表面功能化B顆粒；

A顆粒選自納米炭黑顆粒或碳納米管粉體或石墨烯粉體；B顆粒選自納米二氧化硅顆粒或納米陶瓷顆粒或納米樹脂顆粒。