[发明专利]一种自组装叠层红外膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自组装叠层红外膜材料及其制备方法，属于复合膜材料的制备范畴，适用于制备红外低发射率膜材料。

背景技术

红外低发射率材料的发展经历了从单一组分到复合材料，从粉体涂层到膜材料的发展。随着膜工业的发展使得红外低发射率材料向纳米膜材料靠拢，纳米膜作为一种新型的红外低发射率材料，可以通过调节膜的组成、载流子密度等参数而获得较低的红外发射率。中国专利CN201210060305.2公开了一种含氟聚酰亚胺红外低发射率薄膜材料，其在8~14μm虽然具有较低的红外发射率，但其薄膜的厚度不易调控，且由于是聚合物形成的薄膜，材料的表面粗糙度较大，内部结构相对无序且透光性较差。

层状双氢氧化物（LDHs）是一种性能优越的层状无机功能材料，其主体成分一般由两种金属的氢氧化物构成，其层状结构是由带正电荷的氢氧化物主体层板与层间阴离子交替堆积排列形成的三维结构，LDHs的层间距随层板金属离子和层间阴离子种类不同而变化，LDHs作为红外吸收材料在农膜中已得到应用，其优异的红外吸收效果主要由LDHs主体层板金属离子的种类及比例、主体层板电荷密度及分布所致。将LDHs在剥离溶剂中进行剥离，得到的带正电荷的LDHs纳米片具有层板金属离子组成可调变性、层板电荷密度及分布可调变性等特点，是构筑静电组装膜的理想基元。石墨烯作为富勒碳家族的又一纳米级功能性材料，是由氧化石墨烯还原得来，除优异的电学性能外，其力学性能与单壁碳纳米管相当，其质量轻，导热性好且表面积大，其大的载流子密度和载流子迁移率有利于其红外发射率的降低，氧化石墨烯的表面含有丰富的含氧官能团，将其分散在水中就形成表面带有负电荷的单层氧化石墨烯水溶液。因此，将片状结构的LDHs纳米片与单层氧化石墨烯通过静电作用进行层层自组装可形成新型叠层红外膜材料，具有LDHs纳米片/单层氧化石墨烯顺序叠层的层结构，这就赋予了它独特的光学性能，且此膜材料的组成和厚度可控，内部结构有序、膜表面粗糙度小和透光性好。本发明提供了一种自组装叠层红外膜材料，该材料是一种很有发展前途的红外隐身新材料，它的研究和应用具有潜在的经济效益和社会效益，对军用及民用都有较好的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种自组装叠层红外膜材料及其制备方法。该材料的组成和结构可控，内部结构有序且表面粗糙度小，膜的厚度在纳米级，具有较好的透光性，可用于红外低发射率材料。

技术方案：本发明的一种自组装叠层红外膜材料，其特征在于该材料是以层状双氢氧化物LDHs纳米片和单层氧化石墨烯为基元通过交替层层自组装而成，具有LDHs纳米片/单层氧化石墨烯顺序叠层的层结构，层数为2~40，材料膜厚为2~200nm，25℃下8~14μm波段，该材料的红外发射率为0.300~0.600。LDHs纳米片的层板金属离子由M₁金属离子和M₂金属离子组成，其中M₁金属离子与M₂金属离子的摩尔比为2:1，M₁金属离子为Mg²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺中的一种或多种的组合，M₂金属离子为Fe³⁺、Co³⁺中的一种或两者的组合。

上述自组装叠层红外膜材料的制备方法为：

a）按羧酸与M₂金属的摩尔比为5~10:1，将0.2~1.0mol/L的羧酸水溶液和M₂金属先后加入到反应釜中，常温反应4~10h后，在N₂气氛下，向上述反应液中按每克M₂金属加入0.5~5.0mL 30wt%的H₂O₂水溶液氧化反应0.5~1h，按M₁金属与M₂金属的摩尔比为2:1，再加入M₁金属常温反应4~10h，反应后用8mol/L无机碱水溶液调pH至9.5~10.5，70~90℃下水热晶化48~72h，冷却，过滤，去离子水洗涤4~6次，按M₂金属与去离子水的摩尔比为1:1000~5000，用去离子水分散，得羧酸根插层的LDHs的悬浊液，20~30℃下静置24~48h，得LDHs纳米片水溶液。