[发明专利]一种碳基轻质红外热辐射气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳基轻质红外热辐射气凝胶材料，包括以乙酰壳聚糖衍生的碳基气凝胶骨架以及负载在碳基气凝胶骨架上的二氧化钒。本发明还公开了上述碳基轻质红外热辐射气凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在乙酰壳聚糖悬浊液中滴加乙酸，常温下搅拌，得到澄清的水凝胶；(2)将VO₂粉体添加到水凝胶中，整个过程始终保持超声和机械搅拌条件，得到凝胶混合液；将凝胶混合液进行冷冻和干燥，得到气凝胶；(3)将气凝胶于氮气氛围中煅烧，得到碳基轻质红外热辐射气凝胶材料。

技术领域

本发明涉及一种碳基轻质红外热辐射气凝胶材料，还涉及上述气凝胶材料的制备方法。

背景技术

红外隐身的目的是有效延长红外探测系统对目标的探测距离，无论针对何种红外探测系统，降低目标的红外辐射能量密度是实现红外隐身最有效的措施，主要技术途径有(1)降低目标表面的温度；(2)降低目标表面的红外发射率。

江苏大学制备了ZnO纳米棒/Ag复合物薄膜，复合物薄膜在8～14μm波段的红外发射率由0.875降低到0.785，红外发射率的降低主要是与低发射率的Ag颗粒复合后，复合物的整体发射率随之降低(Wei G.Y.；Ding J.C.；Zhang T.；Qiu.F.X.；Yue X.J.；Yang D.Y.；Wang Z.L.；(In situ fabrication of ZnO nanorods/Ag hybrid film with high mid-infrared reflectance for applications in energy efficient windows,OpticalMaterials 94(2019)322-329)，但这些薄膜的制备过程工艺复杂、成本高，高温下目标表面的温度和红外发射率依然较高，导致红外隐身性能依旧较差。

发明内容

发明目的：本发明目的旨在提供一种能够有效降低目标表面能量辐射密度的碳基轻质红外热辐射气凝胶材料；本发明另一目的旨在提供上述碳基轻质红外热辐射气凝胶材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的碳基轻质红外热辐射气凝胶材料，包括以乙酰壳聚糖衍生的碳基气凝胶骨架以及负载在碳基气凝胶骨架上的二氧化钒。

其中，所述二氧化钒与碳基气凝胶骨架的质量比为3：7～7.5。复合材料中，二氧化钒的添加量不宜过大，煅烧温度也不宜过高；提高二氧化钒的添加量虽然可以降低红外发射率，但同时会导致材料整体的密度增大，进而引发块状气凝胶骨架变得脆弱，可用性差。本发明气凝胶材料的密度介于0.15g/cm³～0.25g/cm³之间。

上述碳基轻质红外热辐射气凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在乙酰壳聚糖悬浊液中滴加乙酸，常温下搅拌，得到澄清的水凝胶；乙酸作为交联剂，与乙酰壳聚糖发生酯化反应，使乙酰壳聚糖相互交联形成大分子骨架；

(2)将VO₂粉体添加到水凝胶中，整个过程始终保持超声和机械搅拌条件使得VO₂均匀分散，得到均一的凝胶混合液；将凝胶混合液在模具中进行冷冻和干燥，得到块状气凝胶；

(3)将块状气凝胶于氮气氛围中煅烧，得到碳基轻质红外热辐射气凝胶材料。

其中，步骤(1)中，所述乙酰壳聚糖与乙酸的质量比为5:3.5～4。制备过程中醋酸若加入量过高(即超过乙酸与乙酰壳聚糖的质量比为0.8)，会造成得到的气凝胶结构疏松，同时还会腐蚀负载的VO₂。

其中，步骤(2)中，所述VO₂粉体与壳聚糖的质量比为3:7～7.5。

其中，步骤(2)中，所述冷冻温度为-60～-55℃，冷冻干燥时间为不低于24h。