本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其是涉及一種mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)如今的信息時(shí)代，在獲取對(duì)面信息的同時(shí)隱藏自己的信息非常重要。在軍事國(guó)防領(lǐng)域尤為重要，而紅外探測(cè)是最為常規(guī)的探測(cè)手段之一，但是現(xiàn)有的各種紅外隱身材料都存在一定的局限性，因此，研制具有發(fā)射率可調(diào)節(jié)的紅外隱身材料具有重大意義。

2、碳化鈦mxene作為近些年來新興的一種過渡金屬碳化物材料，具有獨(dú)特的二維平面結(jié)構(gòu)，且表面具有豐富的官能團(tuán)，以及一些類金屬的特性，提供了紅外低發(fā)射率的特點(diǎn)，在紅外隱身領(lǐng)域已具有不少的研究成果。但是現(xiàn)有技術(shù)中碳化鈦mxene用于隱身材料并在制成器件之后其紅外發(fā)射率不再改變，這大大限制了其在紅外隱身領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

3、中國(guó)專利cn110257019b公開了一種具有光熱轉(zhuǎn)換功能的相變復(fù)合材料及其制備方法，將ti2o3納米粒子與儲(chǔ)熱相變材料結(jié)合制備多功能相變復(fù)合材料，以期在相變儲(chǔ)熱和控溫功能的基礎(chǔ)上賦予其光熱轉(zhuǎn)化性能，提供一種易于裁剪加工、外觀尺寸可控、輕質(zhì)柔性同時(shí)具有光熱轉(zhuǎn)化性能的碳泡沫基相變復(fù)合材料。相變復(fù)合材料因其三維多孔碳泡沫基體，體系可穩(wěn)定地儲(chǔ)存相變材料，且存儲(chǔ)容量可調(diào)控，具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化和溫度調(diào)節(jié)作用，可用于熱能存儲(chǔ)與釋放、保溫隔熱、光熱轉(zhuǎn)化、軍事裝備的紅外隱身與示假等方面。該專利方案需要高溫碳化來得到碳泡沫，來獲得光熱性能，其隱身的實(shí)現(xiàn)是利用相變材料的儲(chǔ)能特性，能量?jī)?chǔ)存有上限，有局限性。

4、中國(guó)專利cn109181650b公開了一種基于雙重相變的動(dòng)態(tài)熱紅外隱身復(fù)合材料及制備方法；特別指一種vo2/云母基相變儲(chǔ)熱薄層復(fù)合材料及制備方法；所述vo2/云母基相變儲(chǔ)熱薄層復(fù)合材料由vo2納米顆粒涂層與云母基相變儲(chǔ)熱薄層構(gòu)成，所述云母基相變儲(chǔ)熱薄層由硬脂酸和提釩后云母基體按質(zhì)量比3~5:5~7組成。采用焙燒酸浸工藝從釩云母提釩制備vo2納米顆粒，以提釩后云母為支撐基體嵌入相變功能體制備云母基相變儲(chǔ)熱薄層，在云母基相變儲(chǔ)熱薄層上涂覆vo2納米顆粒，制得雙重相變復(fù)合材料?；陔p重相變的動(dòng)態(tài)熱紅外隱身復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同強(qiáng)化熱紅外隱身性能，可應(yīng)用于熱紅外隱身技術(shù)中。該方案只單純用相變材料來實(shí)現(xiàn)熱紅外隱身能力，被動(dòng)吸收熱量實(shí)現(xiàn)相變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中隱身材料發(fā)射率不可調(diào)性的問題，而提供一種mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

2、本技術(shù)提供的mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料具有可以改變紅外發(fā)射率的紅外隱身性能。

3、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

4、本發(fā)明首先提供一種mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

5、（1）制備單層碳化鈦mxene粉末：將ti3alc2?max相、氟化鋰和鹽酸混合蝕刻，洗滌至中性，超聲、離心收集上層清液，得到單層碳化鈦mxene分散液，將其放入冷凍冰箱冷凍，再冷凍干燥得到單層碳化鈦mxene粉末；

6、（2）制備二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液：將五氧化二釩和二水合草酸混合水熱還原，洗滌干燥后得到二氧化釩粉末，將二氧化釩和碳化鈦mxene溶于去離子水中，攪拌超聲得到二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液；

7、（3）制備mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料：將三聚氰胺泡沫用乙醇清洗，干燥，再浸漬于二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液，取出后立刻放入冷凍冰箱中冷凍，最后用冷凍干燥機(jī)去除溶劑，得到mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料，所述mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料中，三聚氰胺泡沫為層狀結(jié)構(gòu)，所述mxene、二氧化釩附著在三聚氰胺泡沫的表面以及內(nèi)部縫隙中。

8、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（1）中，ti3alc2max相、氟化鋰和鹽酸的摩爾比為1：12：3.6。

9、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（1）中，超聲條件為150~350w功率下超聲90~270min。

10、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（1）中，離心的轉(zhuǎn)速條件為3000~5000rpm。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（1）中，冷凍冰箱的溫度為-70~-80℃，冷凍時(shí)間為6~12?h；冷凍干燥的溫度為-30~-40℃，干燥時(shí)間為60~72?h。

12、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（2）中，五氧化二釩與二水合草酸的摩爾比為1：（1~3）。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（2）中，水熱條件為溫度250~300℃，時(shí)間24~48h。

14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（2）中，碳化鈦mxene與二氧化釩的質(zhì)量比為1：（1~5），將二氧化釩和碳化鈦mxene溶于去離子水后，二氧化釩和碳化鈦mxene總的濃度為0.04~0.1g/ml。

15、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（2）中，攪拌超聲的條件為：700~1200rpm，攪拌60~120min，150~350w?超聲?60~120min。

16、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（3）中，三聚氰胺泡沫浸漬于二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液時(shí)，以三聚氰胺泡沫的體積計(jì)，每1000mm3的三聚氰胺泡沫中，浸漬的二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液的體積為1-5ml。

17、例如，三聚氰胺泡沫尺寸為25×25×2?mm，二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液的用量為1.25ml。

18、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（3）中，三聚氰胺泡沫浸漬于二氧化釩/碳化鈦mxene混和分散液的時(shí)間為1~3?h。

19、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（3）中，冷凍冰箱的溫度為-70~-80℃，冷凍時(shí)間為6~12?h。

20、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟（3）中，冷凍干燥機(jī)的溫度為-30~-40℃，干燥時(shí)間為60~72?h。

21、本發(fā)明進(jìn)一步提供一種mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料，采用上述方法制得。

22、優(yōu)選地，所述mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料呈泡沫狀態(tài)。

23、本發(fā)明進(jìn)一步提供一種所述mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料的應(yīng)用，將所述mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料用于制備紅外隱身材料。所得紅外隱身材料具有紅外發(fā)射率可調(diào)節(jié)性能。

24、本發(fā)明方案中，在碳化鈦mxene基礎(chǔ)上，引入相變材料二氧化釩來調(diào)節(jié)其發(fā)射率，并且進(jìn)一步引入三聚氰胺泡沫，三聚氰胺泡沫的多孔結(jié)構(gòu)可以提供許多結(jié)合位點(diǎn)使碳化鈦mxene和二氧化釩混合后附著在泡沫骨架之中，二維的碳化鈦mxene和零維的二氧化釩粒子結(jié)合附著在泡沫骨架之中，極大的增加了比表面積。mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料擁有的可調(diào)節(jié)紅外發(fā)射率能力來自于二氧化釩的相轉(zhuǎn)變，二氧化釩在發(fā)生相轉(zhuǎn)變之后由單斜態(tài)的絕緣體變?yōu)榻鹗瘧B(tài)的電導(dǎo)體，此時(shí)其發(fā)射率大幅度下降，使得紅外隱身材料能夠具有更優(yōu)異的隱身性能。

25、本發(fā)明制備的mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料與現(xiàn)有方法合成的泡沫紅外隱身材料的性能相比，具有十分優(yōu)越的紅外隱身性能，且其具有相變粒子可以通過溫度的改變來控制泡沫復(fù)合材料的紅外發(fā)射率，制備出具有可調(diào)節(jié)紅外隱身性能的mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料，保護(hù)被探測(cè)物體在復(fù)雜的溫度環(huán)境下可以不被紅外探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明制備的可調(diào)節(jié)紅外隱身材料，有助于擴(kuò)大泡沫復(fù)合材料在紅外隱身、高精尖國(guó)防軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明制備的mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料呈泡沫狀，輕質(zhì)高強(qiáng)。本發(fā)明可用于可控紅外隱身及熱存儲(chǔ)領(lǐng)域。

26、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

27、一、本發(fā)明中三聚氰胺泡沫的結(jié)構(gòu)不僅給碳化鈦mxene和二氧化釩的附著提供豐富的位點(diǎn)，同時(shí)這種空腔結(jié)構(gòu)提供一定的隔熱性能，能夠進(jìn)一步提升紅外隱身性能（由于其溫度降低，與環(huán)境溫度的差異也下降了，從而實(shí)現(xiàn)紅外隱身）。

28、二、本發(fā)明中碳化鈦mxene具有的類金屬結(jié)構(gòu)賦予泡沫復(fù)合材料初始較低的紅外發(fā)射率（同溫度下，發(fā)射率低的物體輻射的紅外能量更低），同時(shí)其優(yōu)秀的光熱和導(dǎo)電性可以給予二氧化釩相變的能量，并使得泡沫復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)冷的物體偽裝成熱的物體（通過光或電進(jìn)行加熱，如果環(huán)境溫度高于物體，可以通過這種方式來實(shí)現(xiàn)和環(huán)境溫度的一致性）。

29、三、本發(fā)明中的二氧化釩具有的絕緣體到電導(dǎo)體的相轉(zhuǎn)變，根據(jù)hagen-rubens定律，導(dǎo)電性的變化給予了泡沫復(fù)合材料紅外發(fā)射率的改變（材料的紅外發(fā)射率與導(dǎo)電性呈負(fù)相關(guān)，所以導(dǎo)電性越好，發(fā)射率越低），在溫度變化時(shí)，相變吸收熱量以及導(dǎo)電性的優(yōu)化可以使得泡沫復(fù)合材料依舊保持優(yōu)秀的隱身性能（溫度提升，二氧化釩相變，吸收部分能量的同時(shí)，降低紅外發(fā)射率，可以使紅外溫度低于實(shí)際溫度，實(shí)現(xiàn)隱身）。

30、四、本發(fā)明制備的mxene/二氧化釩/三聚氰胺泡沫復(fù)合材料，利用二氧化釩相變前后導(dǎo)電性的變化來調(diào)控紅外發(fā)射率，對(duì)于智能紅外隱身具有重要意義，可應(yīng)用在軍事國(guó)防領(lǐng)域。

31、五、本技術(shù)制備的復(fù)合材料具備了三聚氰胺泡沫的隔熱性，mxene的光熱和低發(fā)射特性，能夠主動(dòng)通過光熱或電熱來實(shí)現(xiàn)相變，更加可控。