[发明专利]一种碳基超黑消杂光纳米复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳基超黑消杂光纳米复合涂层及其制备方法，包括如下步骤：(1)通过溶胶‑凝胶法制备出气凝胶；将气凝胶依次进行超临界干燥、炭化、活化，得到分级多孔碳气凝胶材料；(2)将步骤一得到的碳气凝胶和石墨烯进行机械混合，得到石墨烯复合碳气凝胶填料；(3)在树脂粘结剂中，加入步骤二得到的石墨烯复合碳气凝胶填料，混合搅拌后加入有机溶剂混合，超声搅拌均匀得到碳基超黑消杂光纳米涂料，然后喷涂在经过预处理后的基体表面上，固化后即为碳基超黑消杂光纳米复合涂层。本发明的碳基超黑消杂光纳米复合涂层，可降低航天器光学载荷在特殊环境下的杂散光干扰，保障航天器运行的可靠性，满足光学载荷对杂散光抑制的需求。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体地，涉及一种碳基超黑消杂光纳米复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着地球观测卫星系统正在经历性能和功能上的飞跃发展，尤其是遥感仪器时空分辨率和探测准确度向“高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、高辐射精度以及全球、全天候、多波段观测”发展，已成为遥感探测的发展趋势，对光学系统提出了更高的要求。杂散光干扰是影响星上光学载荷获得高清晰度和高分辨率的主要因素。如果不能有效的抑制光学系统中的杂散光，检测器的背景噪声就会很高，影响星敏感器、空间相机等对弱光成像系统的检测，造成整星定位及成像精度的下降。

超黑材料，是一种对一定范围内的入射光线反射率低于1％，吸收率高于99％的材料。超黑材料的出现对光学仪器的性能产生重要影响。超黑材料可以提高包括天文望远镜、红外扫描系统等在内的光学仪器的灵敏度。在航天器光学载荷上，由于界面对入射光不必要的反射会对性能产生许多不利影响，因此此类器件对超黑材料的需求非常迫切。同时由于超黑材料本身优异的隐身性能，在军事方面也有极大用途。

鉴于此，近年来超黑材料获得了广泛的研究和应用。目前性能最突出的是由萨里纳米系统公司研制开发的Vantablack，它主要由垂直排列的碳纳米管组成，但制作成本非常高昂。其它常用材料还包括非晶碳及多晶黑硅类非金属材料，镍磷中间合金材料这些方法大多存在成本高，无法进行大规模生产等缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碳基超黑消杂光纳米复合涂层及其制备方法。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

本发明的第一方面提供一种碳基超黑消杂光纳米复合涂层，其包括以下步骤：

步骤一，气凝胶填料的制备：将气凝胶依次进行超临界干燥、炭化、活化，得到分级多孔碳气凝胶填料；优选地，按照摩尔比为1：(0.1-0.3)：(0.5-1)，分别称取壳聚糖、间苯二酚、糠醛树脂，通过溶胶-凝胶法制备出气凝胶；将气凝胶进行超临界干燥；将干燥过的气凝胶在一定温度、一定时间条件下进行炭化；最后将炭化后的气凝胶进行活化，得到分级多孔碳气凝胶材料。溶胶凝胶法是指：依次将聚糖、间苯二酚、糠醛树脂加入到醇水溶液中得到凝胶，在水热釜中反应得到气凝胶。

步骤二，石墨烯复合碳气凝胶填料制备：将步骤一得到的碳气凝胶和石墨烯按照不同比例进行机械混合(优选的，采用球磨的方式)，使其充分混合均匀，得到石墨烯复合碳气凝胶填料；

步骤三，碳基超黑消杂光纳米复合涂层制备：在树脂粘结剂中，加入步骤二得到的石墨烯复合碳气凝胶填料，混合搅拌，然后加入有机溶剂混合后，超声搅拌均匀得到碳基超黑消杂光纳米涂料，然后喷涂在经过预处理后的基体表面上，固化后即为碳基超黑消杂光纳米复合涂层。优选的，在基体表面喷涂表面处理剂进行预处理，在室温下固化1～2h，喷涂上述碳基超黑消杂光纳米涂料，在50～70℃下固化24～48h，即可制得碳基超黑消杂光纳米复合涂层。

优选的，所述气凝胶材料干燥采用二氧化碳超临界流体。

优选的，所述气凝胶材料炭化温度和时间分别为600-900℃、1-3h。

优选的，步骤一中，气凝胶材料采用二氧化碳进行活化。