[发明专利]Janus结构MXene-CNF气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Janus结构MXene‑CNF气凝胶及其制备方法与应用。所述Janus结构MXene‑CNF气凝胶包括CNF层和MXene‑CNF层，其中，所述CNF层和MXene‑CNF层能够自组装形成Janus结构。本发明提供的Janus结构MXene‑CNF气凝胶由具有多孔微观结构形貌、低热导率、低吸光度和高红外发射率的CNF层和具有片层微观结构形貌、较高热导率、高吸光度和低红外发射率的MXene‑CNF层构成，其可以通过双层光学性质、物理性质和热导率的差异广泛应用于热管理领域，同时制备工艺简单、绿色节能、价格低廉，能够满足工业化生产的需求。

技术领域

本发明涉及一种新型气凝胶纤维材料，具体涉及一种Janus结构MXene-CNF气凝胶及其制备方法与应用，属于纳米多孔材料及功能材料技术领域。

背景技术

近年来，极端高温和低温天气的影响导致人身体不适、农作物冻害、材料老化甚至引发火灾等，越来越多地危害人类健康和经济。近年来通过供暖和制冷等基础设施的温度调节来满足全球人类的需求，消耗了全球大约12％的能源。然而，广泛使用的基于压缩的空调系统消耗大量电力，产生大量二氧化碳，对能源和环境产生恶劣影响。降低能耗已成为热管理应用中最有效和实用的解决方案之一。因此，为了减轻负面的过度影响，满足经济、可扩展、环保和绿色节能的工艺及材料汲取是可取的。

气凝胶作为超轻质材料，具有低密度、超高孔隙率、高比表面积和优异的光学性能。因此，气凝胶在热管理应用中显示出更大的潜力。经过几十年的发展，目前气凝胶的种类多种多样，主要有二氧化硅气凝胶、石墨烯气凝胶、MXene气凝胶和凯夫拉气凝胶等。

专利CN113101877A、专利CN109679146A和专利CN112011094A均公开了一种MXene气凝胶，但是上述专利所公开的MXene气凝胶材料以块状为主，其柔性差、强度低和湿稳定性差，限制了MXene气凝胶在热管理领域中的可行性。同时，传统上制备气凝胶需要大量的能量进行冷冻干燥，这不符合能源和环境可持续性的原则。专利CN113718371A公开了一种MXene气凝胶纤维的制备方法及应用，虽然强度有所提升，但热管理应用方面只能实现单一的升温过程，在高温环境下无法实现温度的降低。针对上述各种情况，在绿色节能的条件下，如何提升MXene气凝胶的性能并在实现全季节热管理和大规模应用方面承受复杂环境是一个严峻的挑战，同时也是目前面向社会需求亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种Janus结构MXene-CNF气凝胶，以克服现有技术的不足。

本发明的另一目的在于提供了所述anus结构MXene-CNF气凝胶的制备方法。

此外，本发明还提供了所述Janus结构MXene-CNF气凝胶在全季节热管理中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种Janus结构MXene-CNF气凝胶，包括CNF层和MXene-CNF层，其中，所述CNF层和MXene-CNF层能够自组装形成Janus结构。

本发明的另一目的在于提供了由所述Janus结构MXene-CNF气凝胶的制备方法，包括：

将CNF分散液、生物相容性分散液、交联剂均匀分散，得到CNF层混合液；

将CNF分散液、MXene分散液、生物相容性分散液、交联剂均匀分散，得到MXene-CNF层混合液；

将所述CNF层混合液、MXene-CNF层混合液按设定顺序依次进行冷冻，得到Janus结构MXene-CNF冰凝胶；

使所述Janus结构MXene-CNF冰凝胶通过酸性溶液反应交联，再进行溶剂置换、干燥，制得Janus结构MXene-CNF气凝胶。