一种多功能激光防护气凝胶复合材料及其制备方法

本发明属于多功能激光防护材料，尤其涉及一种多功能激光防护气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着激光武器的快速发展，传统单一功能的激光防护材料，像金属屏、高密度烧蚀防护材料等，或多或少存在耐温性不足、密度大、导热系数偏高以及反射效率低的问题，已经很难满足对高能射线激光的高效防护。

2、气凝胶材料具有轻质、低导热的特点，在超级隔热、防冲击以及光热转化等领域有着广泛的应用。超白氮化硼气凝胶成为首个被用于激光防护的气凝胶材料，兼具隔热和反射性能，但是单一体系材料反射效率不足，气凝胶的多孔结构，使得材料受到连续激光冲击极易被穿透，材料的高反射性能优势难以有效发挥；同时，合成制备的气凝胶材料刚性不足，材料防撞击能力较差，极易发生破坏，只能限制在某种固定场所使用。因此，急需提升材料综合性能，解决目前气凝胶在激光防护领域的工程化应用难题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种多功能激光防护气凝胶复合材料及其制备方法。

2、本发明在第一方面提供了一种多功能激光防护气凝胶复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

3、(1)将稀土高熵陶瓷纳米纤维和氮化硼纳米片在含有聚氧化乙烯和高温粘接剂的水溶液中分散均匀，得到分散液，然后将分散液依次进行预冷冻、冷冻干燥和高温煅烧，得到双网络结构气凝胶；

4、(2)将碳纤维编织布、双网络结构气凝胶和碳纤维编织布依次叠放，得到夹芯结构，然后将夹芯结构用碳纤维缝合线进行缝合，得到点阵结构的夹芯缝合体；

5、(3)将高反射率涂层组分喷涂至所述点阵结构的夹芯缝合体包括的一侧碳纤维编织布的表面形成反射率涂层，制得多功能激光防护气凝胶复合材料。

6、优选地，在步骤(1)中：所述稀土高熵陶瓷纳米纤维为稀土锆酸盐高熵陶瓷纳米纤维a2zr2o7和/或稀土铪酸盐高熵陶瓷纳米纤维b2hf2o7；a为la、sr、ce、er、y和yb稀土元素中的任意五种，且各稀土元素的原子摩尔百分比之和为100％，并且各稀土元素的原子摩尔百分比相等，或者原子摩尔百分比相差不超过1～3％；b为nd、sm、eu、gd、dy和er稀土元素中的任意五种，且各稀土元素的原子摩尔百分比之和为100％，并且各稀土元素的原子摩尔百分比相等，或者原子摩尔百分比相差不超过1～3％。

7、优选地，在步骤(1)中：所述稀土高熵陶瓷纳米纤维和氮化硼纳米片的质量比为1：(1～4)。

8、优选地，在步骤(1)中：所述高温粘接剂为硅溶胶，所述硅溶胶的固含量为20～40wt％；所述水溶液中含有聚氧化乙烯的质量百分含量为0.5～1.5％，含有高温粘接剂的质量百分含量为4～8％；和/或所述分散液中含有稀土高熵陶瓷纳米纤维和氮化硼纳米片的质量百分含量之和为10～20％。

9、优选地，在步骤(1)中：所述预冷冻为液氮下冷冻10～60min；所述冷冻干燥的温度为-10℃～0℃，所述冷冻干燥的时间为60～80h；所述高温煅烧的温度为500～900℃，所述高温煅烧的时间为1～4h；和/或所述双网络结构气凝胶的密度为0.1～0.2g/cm3。

10、优选地，在步骤(2)中：所述碳纤维编织布的厚度为0.05～0.3mm；和/或所述双网络结构气凝胶的厚度为3～20mm。

11、优选地，在步骤(2)中：在用碳纤维缝合线进行缝合时，缝合的点阵距离为5～30mm。

12、优选地，在步骤(3)中：通过等离子喷涂方式将高反射率涂层组分喷涂至所述点阵结构的夹芯缝合体包括的一侧碳纤维编织布的表面形成反射率涂层；和/或所述反射率涂层的厚度为20nm～2000nm。

13、优选地，在步骤(3)中：所述高反射率涂层组分为sr-ti-si的三元氧化物，所述sr-ti-si的三元氧化物中sr、ti与si的摩尔比为1:1：(0.2～1)。

14、本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的多功能激光防护气凝胶复合材料。

15、本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：

16、本发明构建了具有密度梯度的双网络结构气凝胶复合材料(多功能激光防护气凝胶复合材料)，该材料兼具抗连续冲击、高强度冲击、隔热和高反射等多种功能，可有效解决气凝胶在激光防护领域的工程化应用难题。本发明以高熵陶瓷纳米纤维和氮化硼纳米带(即氮化硼纳米片)为组装单元，高熵纳米纤维和氮化硼具有极好的反射性能，一维和二维的跨维度设计既可以增加激光的反射途径，又可以实现气凝胶的结构强化；并且，本发明采用三明治和点阵的协同强化方案，实现了高强度耐冲击气凝胶复合材料的构建；最后，本发明采用表面等离子体涂层化的设计，获得了均质无缺陷的高反射率涂层，提升了材料抗连续冲击的能力，表面致密化的设计更加充分发挥出芯层气凝胶的隔热效果，可避免长时高能激光冲击下材料结构被穿透破坏。本发明提供的是一种多功能激光防护材料的制备新方法，是一种基于气凝胶的激光防护复合材料结构设计方法，本发明技术方案全面提升了气凝胶复合材料的力学强度和激光反射性能，为气凝胶材料在激光防护领域的工程化应用奠定了基础。

技术特征：

1.一种多功能激光防护气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：

10.由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的多功能激光防护气凝胶复合材料。

技术总结本发明涉及一种多功能激光防护气凝胶复合材料及其制备方法。所述方法包括：将稀土高熵陶瓷纳米纤维和氮化硼纳米片在含有聚氧化乙烯和高温粘接剂的水溶液中分散均匀，得到分散液，然后将分散液进行预冷冻、冷冻干燥和高温煅烧，得到双网络结构气凝胶；将碳纤维编织布、双网络结构气凝胶和碳纤维编织布依次叠放，然后将得到的夹芯结构用碳纤维缝合线进行缝合，得到点阵结构的夹芯缝合体；将高反射率涂层组分喷涂至点阵结构的夹芯缝合体包括的一侧碳纤维编织布的表面形成反射率涂层，制得多功能激光防护气凝胶复合材料。本发明制得的材料兼具抗连续冲击、高强度冲击、隔热和高反射等多种功能，可有效解决气凝胶在激光防护领域的工程化应用难题。技术研发人员：任钟旗,涂玉明受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/7