[发明专利]一种气凝胶基主-客体复合薄膜、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种气凝胶基主‑客体复合薄膜、其制备方法及应用。所述复合薄膜包括主体材料和客体材料，所述主体材料为纳米纤维相互搭接而成的高强柔韧气凝胶薄膜，所述高强柔韧气凝胶薄膜具有三维网状多孔结构，所述客体材料包括抗冲击材料和相变材料，且所述抗冲击材料和相变材料均匀分布于所述高强柔韧气凝胶薄膜的三维网状多孔结构中。本发明的气凝胶基主‑客体复合薄膜具有较高的抗冲击材料和相变材料负载量，并具有优异的冲击吸能值和高相变焓值；同时制备工艺简单，抗冲击材料和相变材料不易发生泄漏，易于实现规模化生产，可直接用于冲击防护和热管理等领域，应用前景非常广泛。

技术领域

本发明涉及一种新型气凝胶基主-客体复合薄膜，尤其涉及一种具有冲击防护性能和热管理性能的气凝胶基主-客体复合薄膜及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

随着社会的变革和科学技术的不断发展，人类在服饰方面有了较大地变革。从原始社会的动物皮毛，发展到纺织时代的亚麻、纱布为原料的织物等，这些服饰虽然都可以起到服装的基本功能，但其舒适性和防护性还有待提高。虽然目前已经可以制备出功能性的服饰，比如利用轻质、高强度的纤维材料，如用Kevlar纤维和聚乙烯纤维等浸渍抗冲击材料所得的复合材料(Composites Part A 2018，106，82-90；Fibers and Polymers 2019，20，328-336)，来制备防护性服饰，但这些复合材料中由于抗冲击材料浸渍量的有限性，其力学性能仍然有限，且利用这种复合材料所制备的服饰，虽然具备一定的防护性能，但却没有考虑到服饰的舒适性问题，不能满足未来多功能服饰的需求。因此，开发出具有优异的防护性能和良好舒适度的新型多功能服饰是至关重要的。

剪切增稠材料作为一种新型的智能冲击防护材料，其在外界应力急剧变大时，材料的黏度或模量迅速增大，并由柔性迅速转变为坚硬状态并吸能；目前研究人员以开发出多种剪切增稠材料用作器件的隔振以及人体的防护等，主要包括剪切增稠液(CN112694579A，CN111419501A，CN111155672A)和剪切变硬凝胶(CN102926211A，CN104927367A)两大类。另一方面，相变材料是指物质在发生相转变时，可吸收或释放大量能量的一类材料，具有温度管理功能。然而，在使用剪切增稠材料和相变材料的过程中，需要考虑封装的问题(EnergyEnvironmental Science 2018，11，1392-1424；EnergyEnvironmental Science 2020，13，4498-4535)。

气凝胶材料具备轻质、高比表面积、高孔隙率以及低热导率等优良特性，其内部三维多孔网络和丰富的介孔结构可以储存和封装大量功能物质。虽然目前已有相关研究和专利利用气凝胶为基体封装功能性物质制备得到复合材料，如利用气凝胶封装相变材料制备得到气凝胶相变薄膜(CN111793472A，CN111849423A)，但是目前仅仅是基于气凝胶合成了功能单一的复合材料，不能满足未来多功能化的需求，因此以气凝胶材料为主体材料，开发出多功能的气凝胶基主-客体复合材料亟待解决。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有冲击防护性能和热管理性能的气凝胶基主-客体复合薄膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供前述气凝胶基主-客体复合薄膜的用途。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种凝胶基主-客体复合薄膜，其包括主体材料和客体材料，所述主体材料为纳米纤维相互搭接而成的高强柔韧气凝胶薄膜，所述高强柔韧气凝胶薄膜具有三维网状多孔结构，所述客体材料包括抗冲击材料和相变材料，且所述抗冲击材料和相变材料均匀分布于所述高强柔韧气凝胶薄膜的三维网状多孔结构中；所述复合薄膜具有优异的冲击防护性能和热管理性能。

在一些实施例中，所述气凝胶基主-客体复合薄膜中抗冲击材料的含量为30～70wt％，相变材料的含量为30～70wt％。