CN115011239A - 一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 - Google Patents
一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115011239A CN115011239A CN202210717298.2A CN202210717298A CN115011239A CN 115011239 A CN115011239 A CN 115011239A CN 202210717298 A CN202210717298 A CN 202210717298A CN 115011239 A CN115011239 A CN 115011239A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mxene
- cleaning
- photo
- protective coating
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims abstract description 19
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 16
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 16
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 8
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 5
- REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N Octadecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCN REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WNAHIZMDSQCWRP-UHFFFAOYSA-N dodecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCS WNAHIZMDSQCWRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N dodecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCN JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- -1 alkyl mercaptan Chemical compound 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 claims description 2
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012644 addition polymerization Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 abstract description 2
- 241000446313 Lamella Species 0.000 abstract 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 10
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 6
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 229920002749 Bacterial cellulose Polymers 0.000 description 2
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000005016 bacterial cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004577 artificial photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D179/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen, with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C09D161/00 - C09D177/00
- C09D179/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
- B05D3/0254—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
- B05D5/08—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain an anti-friction or anti-adhesive surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
- C09D7/62—Additives non-macromolecular inorganic modified by treatment with other compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N3/00—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof
- D06N3/12—Artificial leather, oilcloth or other material obtained by covering fibrous webs with macromolecular material, e.g. resins, rubber or derivatives thereof with macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. gelatine proteins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2201/00—Polymeric substrate or laminate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2202/00—Metallic substrate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2203/00—Other substrates
- B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon
- B05D2203/35—Glass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D2210/00—Applying material to more than three types of substrate materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/10—Properties of the materials having mechanical properties
- D06N2209/103—Resistant to mechanical forces, e.g. shock, impact, puncture, flexion, shear, compression, tear
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/10—Properties of the materials having mechanical properties
- D06N2209/105—Resistant to abrasion, scratch
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/14—Properties of the materials having chemical properties
- D06N2209/142—Hydrophobic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/14—Properties of the materials having chemical properties
- D06N2209/146—Soilproof, soil repellent
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/16—Properties of the materials having other properties
- D06N2209/1692—Weather resistance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
- Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
- Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
Abstract
一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，在HCl‑LiF溶液中将Ti3AlC2粉末，得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；将多巴胺和脂肪族功能分子在MXene表面原位加成聚合，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料，将上述浆料涂覆即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。本发明的制备工艺简单，与HF刻蚀机相比，更简单、更安全、更快，且片层不存在纳米级缺陷。不仅实现MXene的疏水化，而且聚多巴胺具有优异的光热效果和粘附性，实现不影响MXene光热性能的前提下，解决现有MXene材料制备过程复杂，易氧化，耐久性差等问题。
Description
技术领域
本发明属于表面功能防护材料领域，具体涉及一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用。
背景技术
太阳能是地球上最大的能量来源，然而对于太阳能的利用率却很低。为此，研究者在提高太阳能利用方面开展大量工作，包括光电、光催化、人工光合以及光热转换。其中光热转换利用光热转换材料直接将光能转化为直接利用的热能，因其简易的操作、低廉的成本、高效的转换率，且直接节省了高昂设备成本，受到了科研人员的广泛关注。目前，不同种类的纳米结构的光热材料，已经得到了广泛的研究，如金属纳米颗粒、半导体、纳米碳材料、MXene以及有机共轭聚合物等，在海水淡化、光热除冰、热管理以及光热治疗等领域表现出广阔的应用前景。其中MXene材料优异的导电性和局部表面等离子体共振（LSPR）效应使其具有出色的电/光热转化特性，内部光热转换效率接近100%等优点在光热防护领域备受关注。
Chen等设计了一种通过连续热驱动来构建仿生2D材料纳米涂层的方法，多层MXene纳米涂层具有宽频带的光吸收能力。得益于MXene表面丰富的活性基团，以小分子对MXene表面改性具有选择多，成本低和易改性的优点，可以进一步提高MXene的光热转换性能（AdvancedEnergy Materials, 2019, 9.1901687）。Lu等通过喷涂辅助层层自组装策略将MXene/纳米纤维素（CNF）混合功能墨水喷涂在细菌纤维素（BC）基体上制备具有致密层状堆积形态结构的高性能电磁屏蔽与电/热、光/热除冰功能的MXene/纳米纤维素薄膜，为寒冷和高原地区户外电子、电力和电信设备和设施的电磁屏蔽提供了一种耐用的兼具电/热和光/热转换和除冰功能的多功能复合材料（ACS Nano 2021, 15, 7, 12405–12417）。马等公布了一种多层MXene和含氟聚合物复合的超疏水光热涂层，该涂层具有超疏水性和光热转换能力（ CN201811360036.5）。尽管上述MXene材料具有优异的光热转换性能在防冰、智能织物以及热管理等方面具有应用前景，然而由于其较好的亲水性、吸收能力、表面活性，导致其存在易氧化，耐久性差等问题，其制备过程比较复杂，通常使用HF等有毒有害物质。虽然通过表面修饰疏水化可以提高稳定性，但通常使用昂贵有毒氟化物，并且光热性能受到影响，因而，开发出一种低成本、高效稳定的MXene光热防护材料，有利于增强设备服役寿命，减少能源浪费，符合当前绿色发展的理念。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，通过多巴胺和脂肪族功能分子在MXene表面原位加成聚合，以解决现有MXene材料制备过程复杂，通常使用HF等有毒有害物质，易氧化，耐久性差等问题。此外，将上述复合材料以涂层的形式应用到不同基材上，获得兼具自清洁和光热性能的防护涂层，用于材料表面光热除冰、防污以及柔性可穿戴材料防寒保暖等领域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将Ti3AlC2粉末添加到HCl-LiF溶液中超声分散，搅拌5-24 h后超声破碎0.5-2 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；
步骤2，将步骤1）得到的薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，然后在分散液中加入烷基硫醇或脂肪胺搅拌后获得分散液A；
步骤3，在步骤2得到的分散液A中加入多巴胺聚合反应10-24 h，搅拌速度为800-2000 r/min，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料B；
步骤4，将步骤3得到分散浆料B通过喷涂或者浸涂等方式应用到基材上，加热固化1~24 h，固化温度为40~100 ℃，得到优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
所述的步骤1中，Ti3AlC2的浓度为0.5-3.0 g/mL，HCl-LiF溶液为0.8-4.0 g/mL。
所述的步骤2中，Ti3C2TxMXene纳米片的浓度5-12.0 mg/mL，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。
所述的步骤2中，脂肪胺的脂肪族分子是十二胺、十八胺以及十二烷基硫醇中的一种，浓度为0.7-6.0 mg/mL。
所述的步骤3中，多巴胺的浓度为0.5-6.0 mg/mL。
所述的步骤4中，基材为织物、塑料、金属、玻璃，涂层厚度可通过浸涂次数或者喷涂量控制。
所述的疏水Ti3C2TxMXene纳米材料应用于基材表面自清洁和光热性能的防护，应用于基材表面光热除冰、防污以及柔性可穿戴材料防寒保暖。
本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，制备工艺简单，使用HCl和LiF的混合物作为蚀刻剂代替HF。原位形成的HF立即选择性地腐蚀“A”层，与HF刻蚀机相比，这是一条更简单、更安全、更快的路线，且片层不存在纳米级缺陷。将多巴胺和脂肪族功能分子在MXene表面原位加成聚合，不仅实现MXene的疏水化，而且聚多巴胺具有优异的光热效果和粘附性，实现不影响MXene光热性能的前提下，解决现有MXene材料制备过程复杂，易氧化，耐久性差等问题。所得涂层，在1个太阳照射下，3 min内涂层温度即可迅速升至97℃，表面对水性液体接触角达到160°以上。表现出优异的超疏水自清洁性能，不仅延迟表面结冰，而且克服现有光热涂层表面污染导致的光热性能下降，实现了主动防覆冰和光热除冰的协同强化。应用到织物表面具有明显的保温性能，涂层耐刮擦、耐候性好，易于实现工业化，在表面防护领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备的MXene的SEM；
图2是本发明制备的涂层具有优异的超疏水性自清洁性能；
图3是本发明制备的涂层在1个太阳下的升温曲线和光热成像照片，表现出优异的光热性能。
图4是本发明制备涂层的防冰性能测试；
图5是本发明制备的涂层在胶带剥离实验照片；
图6为复合材料应用到织物表面在室外表现出优异的光热保温性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，具体实施例如下：
实施例1；
首先，将0.7 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为12 h，超声破碎时间为0.5 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将5 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。然后在上述超声分散液中加入十二胺，浓度为0.8 mg/mL，拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为1 mg/mL, 反应时间为12 h，搅拌速度为900 r/min，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料，最后，将上述浆料通过喷涂或者浸涂等方式应用到基材上，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
如图1所示，通过本方法剥离制备的Ti3C2TxMXene纳米片是均匀的薄层，纳米片结构规整，分散性好。
实施例2；
首先，将0.7 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为20 h，超声破碎时间为0.5 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将8 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5，然后在上述超声分散液中加入十二胺，浓度为0.8 mg/mL，搅拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为1.0 mg/mL, 反应时间为15 h，搅拌速度为1000 r/min，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料，最后，将上述浆料通过喷涂到玻璃基材上，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
如图2所示，喷涂到玻璃上所得的涂层具有超疏水性能，水流冲击表面后极易从表面滚落，不会留下任何水痕，并且涂层具有自清洁效果，水流能够轻易将涂层表面的固体污染物带走，留下清洁表面。
实施例3；
首先，将1 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1.5 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为20 h，超声破碎时间为1 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将9 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。然后在上述超声分散液中加入十八胺，浓度为1 mg/mL搅拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为2 mg/mL, 反应时间为24 h，搅拌速度为1200 r/min，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料，最后，将上述浆料通过喷涂到基材上，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
如图3所示，对制得的涂层进行了光热性能测试，在1个太阳下，3min内涂层温度很快升至97.7 ℃，并保持温度稳定，显示出优异的光热转化能力，这为光热除冰提供了条件。
实施例4；
首先，将1 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1.5 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为20 h，超声破碎时间为1 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将10 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。然后在上述超声分散液中加入十二烷基硫醇，浓度为1 mg/mL搅拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为2 mg/mL, 反应时间为24 h，搅拌速度为1200 r/min，最后，将上述浆料通过喷涂方式应用到基材上，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
如图4所示，对制得的涂层进行防冰性能测试，如图所示，相比于没有超疏水涂层的玻璃表面，水滴的结冰时间延长了近6倍，涂层表现出了优异的防覆冰能力。
实施例5；
首先，将1 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1.5 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为20 h，超声破碎时间为1 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将6 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。然后在上述超声分散液中加入十二烷基硫醇，浓度为2 mg/mL搅拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为2 mg/mL, 反应时间为24 h，搅拌速度为1200 r/min，最后，将上述浆料通过浸涂的方式修饰到织物表面，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
如图5所示，对超疏水光热织物机械稳定性进行测试，经过近200次透明胶带的重复剥离，织物依然保持着优秀的疏水性能。这说明制得的涂层有着优异的机械性能。
实施例6；
首先，将1.5 g/mL Ti3AlC2粉末添加到1.5 g/mLLiF盐酸缓冲液中超声分散，搅拌时间为20 h，超声破碎时间为1 h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；其次，将6 mg/mL薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。然后在上述超声分散液中加入十八胺，浓度为2 mg/mL搅拌后获得分散液A；再其次，在分散液A中加入多巴胺聚合反应后，多巴胺的浓度为2 mg/mL, 反应时间为24 h，搅拌速度为1200 r/min，最后，将上述浆料通过浸涂的方式修饰到织物表面，加热固化即可获得优异自清洁和光热性能的 MXene基光热防护涂层。
如图6所示，所得超疏水光热织物具有优异的保温性能，在0℃环境中，纯织物表面温度仅为13.3℃，而超疏水光热织物表面温度达到40.7℃，具有显著的光热转化能力，在高寒地区保暖方面具有广阔应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)
1.一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将Ti3AlC2粉末添加到HCl-LiF溶液中超声分散，搅拌5-24 h后超声破碎0.5-2h，功率为200 W，离心分离得到薄层Ti3C2TxMXene纳米片；
步骤2，将步骤1）得到的薄层Ti3C2TxMXene纳米片中加入到HCl-Tris缓冲液中超声分散，然后在分散液中加入烷基硫醇或脂肪胺搅拌后获得分散液A；
步骤3，在步骤2得到的分散液A中加入多巴胺聚合反应10-24 h，搅拌速度为800-2000r/min，得到疏水Ti3C2TxMXene纳米片分散浆料B；
步骤4，将步骤3得到分散浆料B通过喷涂或者浸涂等方式应用到基材上，加热固化1~24h，固化温度为40~100 ℃，得到优异自清洁和光热性能的MXene基光热防护涂层。
2.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的步骤1中，Ti3AlC2的浓度为0.5-3.0 g/mL，HCl-LiF溶液为0.8-4.0 g/mL。
3.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的步骤2中，Ti3C2TxMXene纳米片的浓度5-12.0 mg/mL，Tris缓冲液为乙醇和水的混合物，体积比为1：1，pH值为8.5。
4.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的步骤2中，脂肪胺的脂肪族分子是十二胺、十八胺以及十二烷基硫醇中的一种，浓度为0.7-6.0 mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的步骤3中，多巴胺的浓度为0.5-6.0 mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的步骤4中，基材为织物、塑料、金属、玻璃，涂层厚度可通过浸涂次数或者喷涂量控制。
7.根据权利要求1所述的一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用，其特征在于，所述的疏水Ti3C2TxMXene纳米材料应用于基材表面自清洁和光热性能的防护，应用于基材表面光热除冰、防污以及柔性可穿戴材料防寒保暖。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210717298.2A CN115011239B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210717298.2A CN115011239B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115011239A true CN115011239A (zh) | 2022-09-06 |
| CN115011239B CN115011239B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=83076949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210717298.2A Active CN115011239B (zh) | 2022-06-23 | 2022-06-23 | 一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115011239B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115725190A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-03-03 | 陕西科技大学 | 一种MXene基超疏水光热涂层及其制备方法和应用 |
| CN115785771A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-03-14 | 西南交通大学 | 一种基于Ti3C2TxMXene@IL纳米材料的光热超疏水涂料及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105949861A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-09-21 | 上海海事大学 | 一种能自修复的超疏水复合材料、其制备方法和用途 |
| CN107446401A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-12-08 | 华南理工大学 | 以多巴胺为锚分子的高疏水性抗细菌粘附表面及其制备方法 |
| CN112852251A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-28 | 陕西科技大学 | 一种光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层及其制备方法 |
| CN112898441A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-04 | 湖州闪思新材料科技有限公司 | 一种疏水纳米纤维素材料的制备方法 |
| CN113024168A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 安徽扬子地板股份有限公司 | 一种耐污型墙地一体饰面板及其制备方法 |
| CN113667400A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-19 | 陕西科技大学 | 一种兼具光热和自清洁性能的防覆冰除冰涂层及其制备方法 |
| CN113882154A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-04 | 陕西科技大学 | 一种用于太阳能蒸发器的柔性PPy/MXene-PDA光热织物及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-23 CN CN202210717298.2A patent/CN115011239B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105949861A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-09-21 | 上海海事大学 | 一种能自修复的超疏水复合材料、其制备方法和用途 |
| CN107446401A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-12-08 | 华南理工大学 | 以多巴胺为锚分子的高疏水性抗细菌粘附表面及其制备方法 |
| CN112852251A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-28 | 陕西科技大学 | 一种光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层及其制备方法 |
| CN112898441A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-04 | 湖州闪思新材料科技有限公司 | 一种疏水纳米纤维素材料的制备方法 |
| CN113024168A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 安徽扬子地板股份有限公司 | 一种耐污型墙地一体饰面板及其制备方法 |
| CN113667400A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-19 | 陕西科技大学 | 一种兼具光热和自清洁性能的防覆冰除冰涂层及其制备方法 |
| CN113882154A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-04 | 陕西科技大学 | 一种用于太阳能蒸发器的柔性PPy/MXene-PDA光热织物及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BIAOBIAO YAN等: "Developing a Multifunctional Silk Fabric with Dual-Driven Heating and Rapid Photothermal Antibacterial Abilities Using High-Yield MXene Dispersions", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》, no. 13, pages 43414 - 43425 * |
| BIAOBIAO YAN等: "Orderly Self-Stacking a High-Stability coating of MXene@Polydopamine hybrid onto textiles for multifunctional personal thermal management", 《COMPOSITES PART A》, vol. 160, no. 160, pages 1 - 11 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115725190A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-03-03 | 陕西科技大学 | 一种MXene基超疏水光热涂层及其制备方法和应用 |
| CN115725190B (zh) * | 2022-10-31 | 2023-10-24 | 陕西科技大学 | 一种MXene基超疏水光热涂层及其制备方法和应用 |
| CN115785771A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-03-14 | 西南交通大学 | 一种基于Ti3C2TxMXene@IL纳米材料的光热超疏水涂料及其制备方法 |
| CN115785771B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-08-18 | 西南交通大学 | 一种基于Ti3C2Tx MXene@IL纳米材料的光热超疏水涂料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115011239B (zh) | 2024-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115011239A (zh) | 一种多功能自清洁MXene基光热防护涂层的制备及应用 | |
| Sarkın et al. | A review of anti-reflection and self-cleaning coatings on photovoltaic panels | |
| CN106519744B (zh) | 一种碳纳米管超疏水涂层的制备方法 | |
| CN101575478B (zh) | 一种环氧树脂超疏水涂层的制备方法 | |
| CN109486269A (zh) | 一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料、涂层及其制备与应用 | |
| CN102795786B (zh) | 超疏水自清洁涂层及其制备方法 | |
| CN103586154B (zh) | 电喷雾装置、利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法及太阳能电池 | |
| CN101514270A (zh) | 防覆冰涂料组合物 | |
| CN110204902B (zh) | 一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN104846369A (zh) | 一种制备超亲疏水复合纳米阵列界面材料的方法 | |
| CN114058227A (zh) | 一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法 | |
| CN102503170A (zh) | 用于绝缘子防冰闪的超疏水性涂层、防冰闪绝缘子及其制备方法 | |
| CN109468874B (zh) | 一种超疏水透明导电纸及其制备方法 | |
| CN109111830A (zh) | 一种氧化锌-环氧树脂复合涂层的制备方法 | |
| Hu et al. | Functionalized superhydrophobic quartz fabric with electro-photo-thermal conversion performance: Designed for low-cost and efficient self-heating deicing | |
| CN114605855B (zh) | 一种具有防冰/除冰功能的超疏水涂层的制备方法 | |
| Yin et al. | A self-healing Ni3S2 superhydrophobic coating with anti-condensation property | |
| CN112194973A (zh) | 一种具有自修复性能的防覆冰超疏水涂层的制备方法 | |
| CN104212413B (zh) | 一种液体填充多孔硅树脂防覆冰材料及制备方法 | |
| CN110694875A (zh) | 一种获得阶梯层状结构的超疏水表面的方法 | |
| CN103849917B (zh) | 制备地热水防腐防垢二氧化钛纳米管阵列和疏水涂层方法 | |
| WO2022198814A1 (zh) | 超疏水改性膜、改性方法及其构成的摩擦纳米发电机、制备方法 | |
| CN105463564A (zh) | 一种氧化锌纳米棒及其团簇复合结构及其制备方法 | |
| CN106517812B (zh) | 绒面透明导电的FTO/Gr-CNTs复合薄膜及其制备方法 | |
| Xie et al. | Research progress of superhydrophobic coatings based on silicone rubber surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240202 Address after: No.61, Fuqiang Road, Hecheng Town, Heshan City, Jiangmen City, Guangdong Province, 529700 Applicant after: Guangdong paint color new material Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 710021 Shaanxi province Xi'an Weiyang university campus of Shaanxi University of Science and Technology Applicant before: SHAANXI University OF SCIENCE & TECHNOLOGY Country or region before: China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |