CN112661483A - 一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法，属于气凝胶复合材料技术领域。该气凝胶复合材料包括纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层。本发明在不使用粘合剂的条件下利用纳米纤维独特亲水性和孔隙结构即可实现气凝胶颗粒的有效固定以及基材和各功能层之间的紧密结合，利用基体层与绝热层的隔热性能，导电层的电磁屏蔽与可控热传输性能可实现绝热和电磁红外双屏蔽协同功能，在国防军工及功能纺织品领域具有应用前景。

Description

一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于气凝胶复合材料技术领域，具体涉及一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

气凝胶是一种由纳米级颗粒或聚合物分子链相互聚集形成的具有纳米级三维多孔结构的固态材料，因具有独特的纳米孔隙结构、高比表面积、低热导率及低密度等特性，成为新一代轻质隔热保温材料，在高铁、航空航天、国防军工、隔热、保暖和隐身等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着纺织技术的发展和人们生活水平的提高，单一功能的纺织材料已难以满足人们需求。如何利用气凝胶材料使纺织品具有更加丰富的功能已成为纺织领域的一个重要研究方向。

目前，气凝胶材料在纺织领域，如服装用纺织品和产业用纺织品的主要应用形式可分为两大类：一、以纤维材料为原料直接制备气凝胶复合材料；二、将气凝胶负载于纺织材料表面。前者通常需采用能耗高、制备工艺复杂的冷冻干燥技术，且生产出来的纤维基气凝胶复合材料机械性能普遍较差，难以满足纺织品使用需求；后者是将气凝胶直接负载于纺织材料表面时，为避免气凝胶粉体的脱落，常需要使用大量粘合剂、增稠剂和成膜剂等助剂，严重影响纺织品的柔性、透气性和功能性等。因此，如何有效固定气凝胶功能粉体，同时保障纺织材料上述基本性能，已成为制约气凝胶功能纺织品发展的技术瓶颈。

公开号为CN110539536A的专利提供了一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料及其制备方法，该专利通过将二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料作为保温隔热层，分别与耐磨防护面料层和贴身舒适面料层通过粘合剂粘贴在一起，制备了二氧化硅气凝胶复合保温面料。但是，该专利提供的方法中，二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备过程较为复杂，不适合工业化大规模生产；且该专利提供的复合面料仅能够起到保温作用，功能较为单一，导致其应用受限。

公开号为CN110077063A的专利提供了一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法，该专利通过将防水透湿层、气凝胶保暖层、远红外遮光层、相变储能层和防水透湿层组装后进行热压，制备了具有隔热保暖、红外遮光和相变储能等功能的纺织复合材料。在该专利中，利用防水针织面料复合防水透气膜来解决材料在使用过程中的掉粉问题，但这种方式只能防止气凝胶粉体脱落至复合材料外，在气凝胶粉体在复合材料内部的脱落依然会造成气凝胶粉体分布不均匀，从而影响保温和隔热效果。

有鉴于此，有必要设计一种改进的气凝胶复合材料及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法。本发明一是通过将气凝胶均匀分散在纳米纤维悬浮液中，再将其负载于基材表面，利用纳米纤维独特的化学性能如亲水性和孔隙结构将气凝胶固定在纳米纤维内部，形成具有绝热及粘合作用的纳米纤维气凝胶基体层；二是通过将具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料均匀分散于纳米纤维悬浮液中，再将其负载于纳米纤维气凝胶基体层表面形成具有电磁屏蔽和可控热传输功能的纳米纤维气凝胶导电层；三是通过将含有二氧化硅气凝胶和相变材料的复合粉体材料加入纳米纤维悬浮液中，再将其负载于纳米纤维气凝胶导电层表面，热定型后形成纳米纤维气凝胶绝热层；本发明利用纳米纤维气凝胶基体层与纳米纤维气凝胶绝热层的隔热性能，以及纳米纤维气凝胶导电层的电磁屏蔽与可控热传输性能，既实现了保暖、保冷、隔热的绝热功能，也实现了电磁和红外双屏蔽功能。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，包括依次复合的纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层；其中，所述纳米纤维气凝胶基体层包括基材、负载于所述基材表面的第一复合浆料，所述第一复合浆料为二氧化硅气凝胶和纳米纤维的混合物；所述纳米纤维气凝胶导电层包括第二复合浆料，所述第二复合浆料为具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料和纳米纤维的混合物；所述纳米纤维气凝胶绝热层包括第三复合浆料，所述第三复合浆料为二氧化硅气凝胶、相变材料和纳米纤维的混合物。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。

具体的，所述纳米纤维气凝胶基体层的厚度为0.1-5mm；所述纳米纤维气凝胶导电层的厚度为0.05-10mm；所述纳米纤维气凝胶绝热层的厚度为0.2-10mm。本发明通过合理设计各功能层之间的厚度，也能够进一步增强各功能层间的结合作用，避免其发生脱落。

在本发明的另一方面，还提供了上述具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将二氧化硅气凝胶加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第一复合浆料；再将所述第一复合浆料负载于基材的表面，形成纳米纤维气凝胶基体层；

2)将具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第二复合浆料；再将所述第二复合浆料负载于步骤1所述纳米纤维气凝胶基体层的上表面，形成纳米纤维气凝胶导电层；

3)将含有二氧化硅气凝胶和相变材料的复合粉体材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第三复合浆料；再将所述第三复合浆料负载于步骤2)所述纳米纤维气凝胶导电层的上表面，热定型后形成纳米纤维气凝胶绝热层。

作为本发明的进一步改进，步骤1)、步骤2)和步骤3)中所述纳米纤维悬浮液中的纳米纤维相同，选自EVOH纳米纤维、聚丙烯纳米纤维、聚乙烯醇纳米纤维、聚乳酸纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维、聚酰亚胺纳米纤维中的任意一种或两种以上的混合物，所述纳米纤维的直径均为200-800nm。所述纳米纤维悬浮液的质量浓度为0.5～5％。所述二氧化硅气凝胶的粒径均为3-15μm。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料由如下步骤制备而成：

将二氧化硅气凝胶、二维材料、表面活性剂和导电高分子聚合物单体分别按照5-50g/L、2-20g/L、10-100g/L和5-20g/L的浓度依次均匀分散于去离子水中，得到混合物，在冰浴条件下，向所述混合物中逐滴加入氧化剂的水溶液，至其浓度为20-200g/L，再反应1-8h，经过滤、洗涤后，即得到具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料。其中，二维材料选自MXene、碳纳米管、石墨烯、氮化硼和二硫化钼中的一种或两种以上的混合物；导电高分子聚合物单体选自吡咯、苯胺和噻吩中的一种或两种以上的混合物；表面活性剂选自蒽醌-2-磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠和仲烷基磺酸钠中的一种一种或两种以上的混合物，氧化剂选自九水硝酸铁、三氯化铁和过硫酸铵中的一种一种或两种以上的混合物。

作为本发明的进一步改进，在步骤3)中，所述复合粉体材料由所述二氧化硅气凝胶和相变材料按照质量比(80％-20％):(20％-80％)剪切共混后过滤得到；所述复合粉体材料的粒径为3-15μm。其中，所述相变材料选自石蜡、石蜡和高密度聚乙烯、石蜡和氮化硼、聚乙二醇、聚乙二醇和石墨烯、碳化锆、硬脂酸、硬脂酸/MXene、月桂酸、肉豆蔻酸中的一种或多种。其中当相变材料选自石蜡和高密度聚乙烯、石蜡和氮化硼、聚乙二醇和石墨烯两种混合物可以为任意比。

作为本发明的进一步改进，在步骤1)中，所述第一复合浆料中所述二氧化硅气凝胶的质量分数为1％-30％。所述基材为无纺布、机织布或针织布中的一种。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，所述第二复合浆料中所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料的质量分数为10％-50％。

作为本发明的进一步改进，在步骤3)中，所述第三复合浆料中所述复合粉体材料的质量分数为10％-50％。

下面对本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的绝热隐身机理进行具体说明：

物体辐射红外线能力与其表面温度相关，在本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料内部，温度的传递方式包括热传导、热对流和热辐射。

本发明通过将绝热性能优异的气凝胶材料和导热系数小、热传导能力差的纳米纤维复合，有效降低了材料内部的热传导性能；同时，纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层内部纳米纤维间含有大量孔径小于空气平均自由程(70nm)的孔隙结构，材料内部的热对流可降至极值；且纳米纤维之间层次结构错综复杂，材料热辐射路径趋于无限多，可显著降低材料热辐射性能。除此之外，纳米纤维气凝胶绝热层内部相变材料受热升温(遇冷降温)时，材料由固相转变为液相(液相转变为固相)过程中可储存(释放)热量，可进一步抑制绝热层温度升高(降低)，协同提升材料绝热和红外隐身性能。

本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料中，基体层、导电层、绝热层中纳米纤维独特的孔隙结构也为电磁波传输提供了无限多路径，导电层中导电复合材料由具有丰富孔隙结构的气凝胶和复合在其表面具有特殊层次结构的导电物质组成，该设计可有效抑制电磁波辐射，实现电磁屏蔽功能。同时热量可沿导电复合材料传导，因此穿过基体层/绝热层的热量可沿导电层扩散，实现散热功能，避免热量透过绝热层/基体层进入外部环境/内部基材，进一步提升本发明气凝胶复合材料的绝热性能。

因此，本发明提供的一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料具有优异绝热(保暖、保冷、隔热)和电磁红外双屏蔽协同功能。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过将二氧化硅气凝胶均匀分散在纳米纤维悬浮液中，再将其负载在基材表面，能够利用纳米纤维独特的孔隙结构使二氧化硅气凝胶被固定在纳米纤维内部，形成毡状的纳米纤维气凝胶基体层，从而在保持复合材料原有柔性、透气性和功能性等的同时对二氧化硅气凝胶进行有效固定，以达到更好的隔热效果。同时，由于EVOH等纳米纤维表面含有大量亲水官能团，能够有效改善纳米纤维气凝胶层与基材表面之间的亲和力，起到自粘合作用，从而在不使用粘合剂的条件下实现各功能层之间的紧密结合，具有较高的实际应用价值。此外，本发明通过合理设计各功能层之间的厚度，也能够进一步增强各功能层间的结合作用，避免其发生脱落。

(2)本发明通过制备具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料，并将其均匀分散于纳米纤维悬浮液中，再将其负载于纳米纤维气凝胶基体层表面，形成了纳米纤维气凝胶导电层。基于纳米纤维和气凝胶形成的多孔结构，纳米纤维气凝胶导电层内部具有无穷的反射路径，能够达到电磁屏蔽和吸波的效果。同时，热量可沿导电复合材料传导，能够起到良好的散热效果；基于此，本发明将导电层设计在基体层和绝热层之间，既能够使来自基体层内侧的热量通过导电层散出，避免其传递至绝热层外，起到红外隐身效果；又能够使外界的热量通过导电层散出，避免外界的高温对人体及纳米纤维产生影响，起到保护作用。

(3)本发明通过将含有气凝胶和相变材料的复合粉体分散于纳米纤维悬浮液中，再将其负载于纳米纤维气凝胶导电层表面，形成了纳米纤维气凝胶绝热层。基于纳米纤维和气凝胶独特的孔隙结构以及相变材料在吸热后改变物质状态而不改变温度的性能，该纳米纤维气凝胶绝热层能够达到较好的绝热效果。本发明通过将纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层由内向外依次复合，能够利用各功能层的协同作用，在不添加红外隐身粉体的条件下即可达到阻隔热红外辐射的效果。

(4)本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法简单易行，且工艺参数可控，能够满足工业化大规模生产的需求；同时，本发明通过合理设计各功能层之间的厚度，能够有效防止各功能层的脱落；按照本发明提供的方法制备的气凝胶复合材料，在保障产品性能的同时解决了气凝胶颗粒易于脱落的问题，能够实现绝热(保暖、保冷、隔热)和电磁红外双屏蔽协同功能，在国防军工及功能纺织品领域具有应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的结构示意图；图中，1为纳米纤维气凝胶基体层，2为纳米纤维气凝胶导电层，3为纳米纤维气凝胶绝热层；

图2为图1中纳米纤维气凝胶基体层的实物图；

图3为图1的实物图；

图4为本发明实施例1及对比例1制备的气凝胶复合材料的隔热性能对比图；

图5为本发明实施例2-3的基材及其制备的气凝胶复合材料的克罗值对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，包括依次复合的纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层；其中，所述纳米纤维气凝胶基体层包括基材、负载于所述基材表面的气凝胶和纳米纤维；所述纳米纤维气凝胶导电层包括具有层次结构的导电气凝胶材料和纳米纤维；所述纳米纤维气凝胶绝热层包括气凝胶、相变材料和纳米纤维。

具体的，所述纳米纤维气凝胶基体层的厚度为0.1-5mm；所述纳米纤维气凝胶导电层的厚度为0.05-10mm；所述纳米纤维气凝胶绝热层的厚度为0.2-10mm。

在本发明的另一方面，还提供了上述具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将二氧化硅气凝胶加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第一复合浆料；将所述第一复合浆料负载于基材表面，形成纳米纤维气凝胶基体层；

2)将具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第二复合浆料；将所述第二复合浆料负载于步骤1)所述纳米纤维气凝胶基体层表面，形成纳米纤维气凝胶导电层；

3)将含有二氧化硅气凝胶和相变材料的复合粉体材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第三复合浆料；将所述第三复合浆料负载于步骤2)所述纳米纤维气凝胶导电层表面，热定型后形成纳米纤维气凝胶绝热层。

作为本发明的进一步改进，步骤1)、步骤2)和步骤3)中所述纳米纤维悬浮液中的纳米纤维相同，选自EVOH纳米纤维、聚丙烯纳米纤维、聚乙烯醇纳米纤维、聚乳酸纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维、聚酰亚胺纳米纤维中的一种或多种，所述纳米纤维的直径为200-800nm。所述纳米纤维悬浮液的质量浓度为0.5～5％。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料由如下步骤制备而成：

将二氧化硅气凝胶、二维材料、表面活性剂和导电高分子聚合物单体分别按照5-50g/L、2-20g/L、10-100g/L和5-20g/L的浓度依次均匀分散于去离子水中，在冰浴条件下逐滴加入氧化剂溶液，至其浓度为20-200g/L，反应1-8h，经过滤、洗涤后，得到具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料。其中，二维材料选自MXene、碳纳米管、石墨烯、氮化硼、二硫化钼等中的一种或多种；导电高分子聚合物单体选自吡咯、苯胺、噻吩中的一种或多种；表面活性剂为蒽醌-2-磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠、仲烷基磺酸钠中的一种或多种，氧化剂为九水硝酸铁、三氯化铁、过硫酸铵中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤3)中，所述复合粉体材料由所述相变材料和二氧化硅气凝胶按照质量比(20％-80％):(80％-20％)剪切共混后过滤得到；所述复合粉体材料的粒径为3-15μm。其中，相变材料选自石蜡、石蜡/高密度聚乙烯、石蜡/氮化硼、聚乙二醇、聚乙二醇/石墨烯、碳化锆、硬脂酸、硬脂酸/MXene、月桂酸、肉豆蔻酸中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，在步骤1)中，所述第一复合浆料中所述二氧化硅气凝胶的质量分数为1％-30％。所述基材为无纺布、机织布或针织布中的一种。

作为本发明的进一步改进，在步骤2)中，所述第二复合浆料中所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料的质量分数为10％-50％。

作为本发明的进一步改进，在步骤3)中，所述第三复合浆料中所述复合粉体材料的质量分数为10％-50％。

作为本发明的进一步改进，所述二氧化硅气凝胶的粒径为3-15μm。

下面结合具体的附图和实施例对本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料及其制备方法进行说明。

实施例1

本实施例提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备纳米纤维气凝胶基体层1

将直径范围在200-800nm的EVOH纳米纤维分散于由异丙醇和水1:1混合的溶剂中，制成EVOH纳米纤维悬浮液；再将粒径范围在3-15μm的二氧化硅气凝胶加入该EVOH纳米纤维悬浮液中，在500rpm的转速下高速剪切10min，使其混合均匀，得到第一复合浆料；在第一复合浆料中，二氧化硅气凝胶的质量分数为15％。再以无纺布为基材，将所述第一复合浆料喷涂于基材1表面，形成厚度为3mm的纳米纤维气凝胶层1。

S2、制备纳米纤维气凝胶导电层2

将二氧化硅气凝胶、二维材料MXene、蒽醌-2-磺酸钠和吡咯单体分别按照20g/L、10g/L、50g/L和10g/L的浓度均匀分散于去离子水中，在冰浴条件下以100g/L的浓度再逐滴加入九水硝酸铁，反应4h后进行过滤，再用去离子水和酒精洗涤三次，得到具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料。

将具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料加入EVOH纳米纤维悬浮液中，高速搅拌10min，使其充分混合后得到第二复合浆料；在第二复合浆料中，具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料的质量分数为30％。

再将第二复合浆料层层喷涂于步骤S1形成的所述纳米纤维气凝胶基体层1的表面，形成厚度为3mm的具有电磁屏蔽及散热功能的纳米纤维气凝胶导电层2。

S3、制备纳米纤维气凝胶绝热层3

将石蜡/石墨烯复合材料粉体和二氧化硅气凝胶按照质量比50％:50％混合，并高速剪切共混，经过滤得到粒径为3-15μm的复合粉体材料。

将所述复合粉体材料加入EVOH纳米纤维悬浮液中，充分混合后得到第三复合浆料；在第三复合浆料中，所述复合粉体材料的质量分数为30％。再将所述第三复合浆料喷涂于步骤S2形成的所述纳米纤维气凝胶导电层2的表面，在100℃下热定型15min后，形成厚度为0.5mm的具有绝热功能的纳米纤维气凝胶绝热层3。

基于上述制备方法，本实施例制备的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料包括依次复合的纳米纤维气凝胶基体层1、纳米纤维气凝胶导电层2和纳米纤维气凝胶绝热层3，其结构示意图如图1所示。基于该气凝胶复合材料的各层结构，热量可沿纳米纤维气凝胶导电层2中的导电复合材料进行传导，因此，穿过纳米纤维气凝胶基体层1/纳米纤维气凝胶绝热层3的热量可沿纳米纤维气凝胶导电层2扩散，实现散热功能，避免热量透过纳米纤维气凝胶绝热层3/纳米纤维气凝胶基体层1进入外部环境/内部基材，从而提升本发明气凝胶复合材料的绝热性能，并实现电磁红外双屏蔽协同功能。

其中，步骤S1制得的纳米纤维气凝胶基体层1的实物图如图2所示，步骤S3得到的气凝胶复合材料的实物图如图3所示。由图2、图3可以看出，本发明制得的复合材料表面均匀无异样，能够保持原有的织物外观。

对比例1

对比例1提供了一种织物的制备方法，包括如下步骤：

将直径范围在200-800nm的EVOH纳米纤维分散于由异丙醇和水1:1混合的溶剂中，制成EVOH纳米纤维悬浮液，再将其喷涂于与实施例1相同的基材表面，形成厚度为3μm的纳米纤维层。

与实施例1相比，区别在于对比例1中未添加二氧化硅气凝胶。分别对实施例1中步骤S1得到的织物与对比例1制备的织物进行隔热性能测试，结果如图4所示。图4中，不加气凝胶和加气凝胶分别代表对比例1及实施例1制备的相应织物。

由图4可以看出，与不加气凝胶的织物相比，气凝胶的添加使其温度降低两度左右，表明气凝胶的加入对织物的隔热保温起到了重要作用。而本发明提供的制备方法能够将气凝胶有效固定在织物中，进而使本发明制备的气凝胶复合材料具有长效的绝热作用，以满足实际应用的需求。

实施例2-3

实施例2-3分别提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，与实施例1相比，不同之处在于改变了基材的种类，实施例2-3的基材分别为机织棉布和针织布。

对实施例2-3使用的基材及其制备的气凝胶复合材料的克罗值进行测定，结果如图5所示。图5中，机织棉布和针织面料分别表示实施例2-3使用的基材；气凝胶改性机织棉布和气凝胶改性针织布分别表示实施例2-3制备的气凝胶复合材料。

由图5可以看出，实施例2-3制得的气凝胶复合材料的克罗值均明显高于其所使用的基材，表明本发明提供的方式能够大幅提高基材的热阻，达到更好的绝热效果，具有较高的市场价值。

实施例4-9

实施例4-9分别提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤S1-S3中的部分工艺参数；各实施例对应的参数值如表1所示，其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。

表1实施例4-9制备的气凝胶复合材料的工艺参数

对实施例4-9制得的气凝胶复合材料的性能进行测试，结果如表2所示。

表2实施例4-9制备的气凝胶复合材料的性能

由表2可以看出，气凝胶的质量分数越高，材料绝热性能越优异，第二复合浆料中导电复合材料的质量分数越高，材料电磁屏蔽性能越优异。然而，在实际应用中，若气凝胶的质量分数过高，纳米纤维难以将其完全固定，则容易引起气凝胶脱落的问题。因此，本发明优选第一复合浆料中二氧化硅气凝胶的质量分数为1％-30％，第二复合浆料中具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料的质量分数为10％-50％，第三复合浆料中所述复合粉体材料的质量分数为10％-50％；基于这样的参数设置，本发明能够在充分利用气凝胶绝热性能的同时，保证纳米纤维对气凝胶起到有效的固定作用，以解决现有技术中气凝胶易于脱落的问题。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解，在本发明提供的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法中，纳米纤维悬浮液中的纳米纤维可以是EVOH纳米纤维、聚丙烯纳米纤维、聚乙烯醇纳米纤维、聚乳酸纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维、聚酰亚胺纳米纤维中的一种或多种；二维材料可以是MXene、碳纳米管、石墨烯、氮化硼、二硫化钼等中的一种或多种；导电高分子聚合物单体可以是吡咯、苯胺、噻吩中的一种或多种；相变材料可以是石蜡、石蜡/高密度聚乙烯、石蜡/氮化硼、聚乙二醇、聚乙二醇/石墨烯、碳化锆、硬脂酸、硬脂酸/MXene、月桂酸、肉豆蔻酸中的一种或多种。上述实施方式均能够达到本发明所需的技术效果，均属于本发明的保护范围。

本发明还提供了一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料。该气凝胶复合材料包括纳米纤维气凝胶基体层、纳米纤维气凝胶导电层和纳米纤维气凝胶绝热层。基体层包括基材、负载于基材表面的气凝胶和纳米纤维；导电层包括具有层次结构的导电气凝胶材料和纳米纤维；绝热层包括气凝胶、相变材料和纳米纤维。通过上述方式，本发明在不使用粘合剂的条件下利用纳米纤维独特亲水性和孔隙结构即可实现气凝胶颗粒的有效固定以及基材和各功能层之间的紧密结合，利用基体层与绝热层的隔热性能，导电层的电磁屏蔽与可控热传输性能可实现绝热(保暖、保冷、隔热)和电磁红外双屏蔽协同功能，在国防军工及功能纺织品领域具有应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，其特征在于：包括从下至上依次复合的纳米纤维气凝胶基体层(1)、纳米纤维气凝胶导电层(2)和纳米纤维气凝胶绝热层(3)，其中，所述纳米纤维气凝胶基体层(1)包括基材和负载于所述基材表面的第一复合浆料，所述第一复合浆料为二氧化硅气凝胶和纳米纤维的混合物；所述纳米纤维气凝胶导电层(2)包括第二复合浆料，所述第二复合浆料为具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料和纳米纤维的混合物；所述纳米纤维气凝胶绝热层(3)包括第三复合浆料，所述第三复合浆料为二氧化硅气凝胶、相变材料和纳米纤维的混合物。

2.根据权利要求1所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料，其特征在于：所述纳米纤维气凝胶基体层(1)的厚度为0.1-5mm；所述纳米纤维气凝胶导电层(2)的厚度为0.05-10mm；所述纳米纤维气凝胶绝热层(3)的厚度为0.2-10mm。

3.一种权利要求1或2所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将二氧化硅气凝胶加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后，得到第一复合浆料；再将所述第一复合浆料负载于基材的表面，形成纳米纤维气凝胶基体层(1)；

步骤2：将具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后，得到第二复合浆料；再将所述第二复合浆料负载于步骤1所述纳米纤维气凝胶基体层(1)的上表面，形成纳米纤维气凝胶导电层(2)；

步骤3：将含有二氧化硅气凝胶和相变材料的复合粉体材料加入纳米纤维悬浮液中，充分混合后，得到第三复合浆料；再将所述第三复合浆料负载于步骤2所述纳米纤维气凝胶导电层(2)的上表面，热定型后，形成纳米纤维气凝胶绝热层(3)。

4.根据权利要求3所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1、步骤2和步骤3中，在所述纳米纤维悬浮液中，纳米纤维的质量浓度均为0.5～5％；所述纳米纤维均选自EVOH纳米纤维、聚丙烯纳米纤维、聚乙烯醇纳米纤维、聚乳酸纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维和聚酰亚胺纳米纤维中的任意一种或两种以上的混合物，直径均为200-800nm；所述二氧化硅气凝胶的粒径均为3-15μm。

5.根据权利要求3所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，在所述第一复合浆料中，所述二氧化硅气凝胶的质量分数为1％-30％；所述基材选自无纺布、机织布和针织布中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料由如下方法制备而成：

将二氧化硅气凝胶、二维材料、表面活性剂和导电高分子聚合物单体分别按照5-50g/L、2-20g/L、10-100g/L和5-20g/L的浓度依次均匀分散于去离子水中，得到混合物；在冰浴条件下，向混合物中逐滴加入氧化剂的水溶液，至混合物的浓度为20-200g/L，再反应1-8h，经过滤、洗涤后，即得到具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料。

7.根据权利要求5所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述二维材料选自MXene、碳纳米管、石墨烯、氮化硼和二硫化钼中的任意一种或两种以上的混合物；所述导电高分子聚合物单体选自吡咯、苯胺和噻吩中的任意一种或两种以上的混合物；所述表面活性剂选自蒽醌-2-磺酸钠、十二烷基苯磺酸、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠和仲烷基磺酸钠中的任意一种或两种以上的混合物；所述氧化剂选自九水硝酸铁、三氯化铁和过硫酸铵中的任意一种或两种以上的混合物。

8.根据权利要求3所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，在所述第二复合浆料中，所述具有多层次结构的二氧化硅气凝胶导电材料的质量分数为10％-50％。

9.根据权利要求3所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述复合粉体材料由二氧化硅气凝胶和相变材料按照质量比(80-20):(20-80)剪切共混后过滤得到；所述复合粉体材料的粒径为3-15μm；所述相变材料选自石蜡、石蜡和高密度聚乙烯、石蜡和氮化硼、聚乙二醇、聚乙二醇和石墨烯、碳化锆、硬脂酸、硬脂酸和MXene、月桂酸和肉豆蔻酸中的任意一种或两种以上的混合物。

10.根据权利要求3～9任一项所述的具有绝热隐身功能的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，在所述第三复合浆料中，所述复合粉体材料的质量分数为10％～50％。

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