[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

说明书

本发明公开了一种具有层级结构的多功能耐久薄膜及制备方法，包括仿生荷叶超疏水层聚二甲基硅氧烷/二氧化硅（PDMS/SiO₂）,导电层MXene和增强层纳米芳纶纤维，疏水层厚度3‑10μm，导电层厚度3‑50μm,增强层厚度10‑50μm,各功能层之间依靠氢键相互作用实现牢固连接,同时各自性能实现耦合增强效应。通过真空抽滤、热压成型和喷涂固化工艺实现多层级结构设计，本发明制备的复合薄膜具有良好的柔韧性和机械强度，高效的电磁屏蔽性能和优良的超疏水自清洁性能，以及优异的耐候、耐高温性能，适用于苛刻环境下的军事、电子设备及航空航天领域的应用。

技术领域

本发明属于复合薄膜材料技术领域，涉及一种具有层级结构的多功能耐候薄膜及其制备方法。

背景技术

高速发展的电子信息技术，尤其是近年来兴起的5G通信技术为社会带来了高效和便利，但其产生的电磁辐射却带来日益严重的问题，不仅对周围的电子器件产生干扰和破坏，同时超过阈值的电磁辐射也会成为威胁健康的又一新污染源。针对上述问题，最有效的防御手段是使用电磁屏蔽材料，常用的电磁屏蔽材料是各类金属及其粉体，因其高导电率和磁性常被用于提高电磁屏蔽效能的填料，但密度大、易腐蚀等缺点限制了其应用。新型碳系导电型化合物，如碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、碳纤维材料等耐腐蚀、相对较轻，但是相对金属材料电磁屏蔽性能较差。聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物，通过和基体复合，也具有较好的屏蔽性能，但分散性差、密度高。

MXene是一种新型过渡金属碳/氮化合物，其与石墨烯类似，具有六方晶格结构、高导电率、大的比表面积和亲水性，良好的亲水性与表面丰富的官能团有利于MXene与其他材料复合，并可覆盖在任意形状的物体上形成屏蔽体，有望成为轻柔、可设计、易加工、耐腐蚀、吸波频带宽的电磁屏蔽材料。但是MXene存在柔韧性低、易氧化的缺点，限制了其在军事、电子设备及航空航天领域的应用，尤其是在苛责环境下的应用。

因此，当前急需在保持MXene高导电和屏蔽效能的基础上，通过多功能层级结构设计，实现多功能耦合作用，实现新型柔韧高强，耐高温，耐氧化的耐久性MXene基电磁屏蔽材料的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有层级结构的多功能耐候薄膜及其制备方法，该薄膜具有先进的层级结构，通过各个功能层级的耦合作用使得该复合薄膜具有柔韧高强、优异的导电性和电磁屏蔽效能和超疏水自清洁功能，并且具有耐高温，耐氧化、耐污损和时间耐久度，能很好的满足苛责环境下的军事、电子设备及航空航天领域的应用。为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

本发明公开了一种具有层级结构的多功能耐久薄膜，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。

进一步的，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。

本发明还提供了上述具有层级结构的多功能耐久薄膜的制备方法，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。