[发明专利]一种具有层级结构的多功能耐久薄膜及制备方法

权利要求书

1.一种具有层级结构的多功能耐久薄膜，其特征在于，由超疏水层聚二甲基硅氧烷/二氧化硅、导电层MXene和增强层纳米芳纶纤维组成，其中超疏水层位于导电层和增强层外侧，相邻各层之间依靠氢键连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜，其特征在于，所述的超疏水层厚度为3-10μm，导电层厚度为3-50μm,增强层厚度为10-50μm。

3.如权利要求1所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1, 将聚二甲基硅氧烷和二氧化硅纳米粒子加入正己烷溶液中，超声分散均匀得到粘稠超疏水溶液；

S2、将芳纶纤维加入氢氧化钾的二甲基亚砜溶液中，在室温下搅拌使芳纶纤维裂解，得到深红色芳纶纳米纤维二甲基亚砜分散液，随后加入大量去离子水，清洗几次得到半透明芳纶纳米纤维水分散液；

S3、将MAX相粉末加入到盐酸和氟化锂混合溶液中，并在一定温度下搅拌一定时间刻蚀铝原子层，随后超声洗涤，得到MXene水分散液；

S4、将S2中所得芳纶纳米纤维水分散液通过微孔滤膜进行真空抽滤，得到层状芳纶纳米纤维水凝胶；

S5、将S3中所得MXene水分散液加入在S4中得到的层状芳纶纳米纤维水凝胶之上继续进行真空抽滤，得到双层MXene/芳纶纳米纤维水凝胶；

S6、将S5中所得的双层MXene/芳纶纳米纤维水凝胶热压成型，得到柔性薄膜；

S7、将S1中所得超疏水溶液喷涂于S6中所得柔性薄膜正反两面，随后高温固化，得到一种层级结构的多功能耐久薄膜。

4.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于， S1中所述的聚二甲基硅氧烷按照主剂和固化剂10：1的质量比制备，其中，主剂为聚二甲基硅氧烷硅氧烷预聚物，固化剂为交联剂和催化剂混合物，二氧化硅纳米粒子粒径大小为30-100nm，聚二甲基硅氧烷：SiO2纳米粒子：正己烷比例为20-40g：15-30g：20-50ml。

5.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于， S2中所述的芳纶纤维：氢氧化钾：二甲基亚砜溶液比例为0.5-10g：0.5-3g：200-1000ml，搅拌速度为300-1500r/min，搅拌时间为5-10天，加入去离子水清洗后得到浓度为0.5-3mg/ml的半透明芳纶纳米纤维水分散液，所述的半透明芳纶纳米纤维水分散液中芳纶纳米纤维直径为5-25nm，长度为10-30μm，所述的芳纶纤维为对位芳纶纱线纤维、对位芳纶短切纤维和对位芳纶织物纤维中一种或几种。

6.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于， S3中所述的MXene水分散液中MXene片层大小为为2-5μm，所述的MAX相为Ti₃AlC₂、Ti₃AlCN或Ti₂AlC中的一种或几种，粒径大小为300-500目，所述的MAX相、氟化锂和9mol/L盐酸的比例为1-4g：2-6g：20-40ml，在25-50℃下300-600r/min速度搅拌反应24-48h，随后在超声功率为100～300W下超声剥离20-40分钟，得到单层MXene。

7.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于， S4中所述的芳纶纳米纤维水溶液中含10-50mg芳纶纳米纤维，所述的微孔滤膜直径为4cm。

8.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于，S5中所述的MXene水溶液中含MXene 5-80mg。

9.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于， S6中所述的热压压力为1-6MPa,热压温度为60℃，热压时间12-18h。

10.根据权利要求3所述的一种具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，其特征在于，S7中所述的喷涂压力为0.2-1MPa,喷涂距离为10-30cm，喷涂时间为2-10s，所述的固化温度为50-80℃，固化时间为4-6h，所述的层级结构中表面为类似荷叶微观仿生结构的超疏水层。