轻质、超疏水和自清洁的rGO/LDH/PPy复合吸波织物及其制备方法

本发明涉及可穿戴电磁波吸收织物，尤其是一种轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子信息技术的快速发展和其在军事领域的广泛应用，战场军事侦查技术手段已经实现了高技术化。研究者们设计出多种结构的电磁波吸收材料，如粉末、薄膜和气凝胶等。尽管目前这些材料在电磁波吸收领域已经取得了一定的进展，但是仍然存在一些不可避免的缺点，比如：密度大、产量低、保型性差、柔韧性能不佳等等。令人欣慰的是，织物结构的电磁波吸收材料因为其独特的一体化成型结构和固有的柔韧性和轻质性可以轻松对以上问题进行解决。人们通过对织物表面进行涂层或改性的方式得到电磁波吸收织物。

2、cn108951192a公开了一种磁性吸波织物及其制备方法和应用，首先利用静电引力作用将磁性金属离子均匀分散在离子型水性聚氨酯wpu中，并在水热条件下原位生成磁性金属颗粒，得到磁性wpu吸波涂料；然后通过巯基-烯点击反应将涂料接枝在巯基改性的纺织品表面，即得。本发明解决了吸波剂在粘结剂中易团聚的问题，并有利于提高吸波织物的吸波性能；然后通过巯基-烯点击反应增加了吸波层与织物的粘结力，使其具有实际服用性能；制备得到的磁性吸波织物具有较高的吸波性能和良好的阻抗匹配，可满足雷达隐身材料的发展要求。

3、zhang等人在pet间隔织物基体上构建了集成阻抗梯度复合织物，其中，mxene作为导电填料，ppy作为阻抗调节剂，复合织物的最小反射损耗达到–27db，有效吸收带宽覆盖整个x波段。tian等人通过静态生长和退火的工艺在柔性碳布基底上生长出co3o4阵列结构，最终得到的电磁波吸收复合材料最小反射损耗达到–54.64db，有效吸收带宽为4.54ghz。然而，在实际应用过程中，电磁波吸收复合材料往往需要面对很多比较复杂和严酷的环境，比如酸性、碱性、高温、高温等环境将对其表面的物理和化学性质产生影响，从而影响其对电磁波的吸收性能，所以单一的电磁波吸收性能尚无法满足未来战争的严苛要求。

4、近十年来，较为广泛的是对于具有电磁波吸收性能的多功能超疏水的粉末和气凝胶的研究。yang等人通过低成本、简便的方法制备了分级掺杂空心碳微球，在保持超疏水性能的同时，在15％的低填料量下和1.45mm的超薄厚度下达到了–61.2db的强反射损耗。zhou等人以nico–mof为前驱体，通过水诱导的方式自组装了coni/c气凝胶，具有优异的超疏水性能(水接触角大于140°)和不错的电磁波吸收性能(在1.9mm下的有效吸收带宽达到6.22ghz)。虽然这些材料具有良好的电磁波吸收性能和耐环境稳定性，但是却存在强度低、脆性大等问题，在受到外力的情况下结构极易受到破坏而导致难以保型，且制备过程较为复杂和严苛，难以进行大批量的生产。近年来，对于超疏水、自清洁的电磁波吸收织物的研究已经在逐渐萌芽。liu等人通过浸渍涂覆和热处理诱导的方式在棉织物上负载具有粘附性的多臂碳纳米管(mwcnts)和疏水性十八碳酰链键合后的产物，得到的具有电磁波吸收性能的超疏水织物，在2.7mm的厚度下实现了–36.08db的最小反射损耗。wang等人在棉织物上通过浸渍的方式构建了mxene/zno阵列/ni链的分层纳米结构，通过控制ni链的浸涂次数可以有效的控制吸波性能。织物在实现超疏水的同时，在2.8mm的厚度下的最小反射损耗达到–35.1db，有效吸收带宽覆盖了整个x波段。尽管目前这些织物基的超疏水电磁波吸收材料已经取得了一定的进展。但是，在织物基体上实现将高效的吸波性能和卓越的超疏水自清洁性能相结合仍然是一项巨大的挑战。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，提供了一种轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物及其制备方法，其兼具优异的电磁波吸收性能和超疏水和自清洁性能，且具有很好的稳定性，同时，具有隔热和阻燃的性能，以及良好的轻质和柔性，可以随意的弯曲和扭转，在未来应用中无论是从自身的轻质和柔性还是从耐恶劣环境上和使用安全上，均具有非常广阔的前景。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，是在芳纶无纺布上，通过水热法和原位生长的方式构建rgo/ldh/ppy层而形成多维异质结构后，经低表面能物质修饰层修饰后而形成的超疏水吸波织物，在锚定聚吡咯纳米颗粒的一维交错纤维上形成导电网络，以传导损耗为主导，二维rgo和feco-ldh分别提供介电损耗和磁损耗进行阻抗匹配的调节，三维蓬松多孔的芳纶纤维骨架进行电磁波的多重反射和散射，同时，多维异质界面增强界面损耗，多组分、多维异质结构的设计和构建共同协同多重损耗机制协同作用，使得复合织物表现出电磁波吸收性能；由多维异质结构提供的表面粗糙度和低表面能物质修饰的协同作用，空气层被捕获困在rgo/ldh/ppy层的基体中，从而形成稳定的cassie–baxter状态。

3、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，在15wt％的低负载量下，复合织物在3.5mm的厚度下的最小反射损耗达到–45.0db，在3.0-3.5mm的较宽厚度范围内，有效吸收带宽能够覆盖整个x波段。

4、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，其水接触角为156.9°。

5、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，其克重是～170g/m2。

6、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，球状液滴可以在其表面稳定停留至少30分钟。

7、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，其在强酸(hcl，ph＝1)、强碱(naoh，ph＝14)、环己烷(cyh)、n,n–二甲基甲酰胺(dmf)、n–甲基吡咯烷酮(nmp)和四氢呋喃(thf)化学溶液中浸泡24h后，经自来水冲洗和常温干燥后，wca分别为155.7°、154.5°、154.6°、152.9°、154.4°和155°。

8、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，经过循环100次的胶带快速剥离操作后，wca为153.4°。

9、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物，其置于80℃的热水和–20℃的环境中12h后，水接触角仍能达到153.2°和155.2°。

10、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)：氧化石墨烯(go)是通过传统的hummers法制备的，浓度为12-14mg/g；rgo/fecoldh复合材料则是通过简单的水热法制备的：取1.4-1.6ggo在30ml水中超声分散1-1.5h，得到go少层纳米片分散液，将经过去离子水和乙醇的反复洗涤后的芳纶无纺布(anf)浸入go分散液中，在50-60℃下干燥，得到了go改性织物(go-mf)；

12、(2)：通过水热法制备了feco-ldh，同时将go进行了部分还原：取0.2-0.3gco(no3)

13、2·6h2o和0.1-0.2gfe(no3)2·9h2o溶于10-15ml乙醇和40-45ml去离子水的混合溶剂，充分溶解后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，浸入go-mf，在120℃下反应20-24h，缓慢降至室温后，取出织物，在50-60℃下干燥，得到rgo和feco-ldh改性后的织物(gl-mf)；

14、(3)：通过原位聚合的方法将聚吡咯负载在织物上：将glmf浸入1-1.2mfecl3·6h2o中15-20min，沥干无液体滴落后，迅速浸入10％的吡咯单体溶液中原位聚合1h，在60-70℃

15、下干燥后得到rgo/feco-ldh/ppy改性织物(glp-mf)；

16、(4)：将上述织物在5-6％的sn-67溶液中浸渍，随后在80-90℃下烘干，得到超疏水吸波织物(glps-mf)。

17、上述的轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物的制备方法，包括以下步骤：

18、(1)：氧化石墨烯(go)是通过传统的hummers法制备的，浓度为13.99mg/g；rgo/feco-ldh复合材料则是通过简单的水热法制备的：取1.5ggo在30ml水中超声分散1h，得到go少层纳米片分散液，将经过去离子水和乙醇的反复洗涤后的芳纶无纺布(anf)浸入go分散液中，在60℃下干燥，得到了go改性织物(go-mf)；

19、(2)：通过水热法制备了feco-ldh，同时将go进行了部分还原：取0.2965gco(no3)2·6h2o和0.1276gfe(no3)2·9h2o溶于10ml乙醇和40ml去离子水的混合溶剂，充分溶解后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢高压反应釜中，浸入go-mf，在120℃下反应24h，缓慢降至室温后，取出织物，在60℃下干燥，得到rgo和feco-ldh改性后的织物(gl-mf)；

20、(3)：通过原位聚合的方法将聚吡咯负载在织物上：将glmf浸入1mfecl3·6h2o中15min，沥干无液体滴落后，迅速浸入10％的吡咯单体溶液中原位聚合1h，在60℃下干燥后得到rgo/feco-ldh/ppy改性织物(glp-mf)；

21、(4)：将上述织物在5％的sn-67溶液中浸渍，随后在80℃下烘干，得到超疏水吸波织物(glps-mf)。

22、本发明一种轻质、超疏水和自清洁的rgo/ldh/ppy复合吸波织物及其制备方法的有益效果是，通过水热法和原位生长法开发了一种具有多维异质结构的多功能复合织物。在锚定0维聚吡咯纳米颗粒的一维交错纤维上形成导电网络，以传导损耗为主导，二维rgo和feco–ldh分别提供介电损耗和磁损耗进行阻抗匹配的调节，三维蓬松多孔的芳纶纤维骨架进行电磁波的多重反射和散射，同时多维异质界面增强界面损耗，多组分、多维异质结构的设计和构建共同协同多重损耗机制协同作用，使得复合织物表现出优异的电磁波吸收性能：在3.5mm下，可以达到–45.0db的最小反射损耗，同时在3.5mm–5.5mm的较宽厚度范围内，复合织物的有效吸收带宽均能覆盖整个x波段。不仅如此，复合织物还具有多功能性。轻质柔软的复合吸波织物具有出色的超疏水和自清洁性能，且具有很好的稳定性，同时，复合织物具有隔热和阻燃的性能，这些多功能性使其可以应对多种严苛的环境且具有一定使用安全性。

23、在glps–mf中，由rgo，feco ldh和ppy组成的多维异质表面形成的层次形貌，使纤维表面粗糙度得到极大的丰富。同时，低表面能物质sn–67对其表面进行疏水改性，大大降低其表面能，赋予织物优异的超疏水性能。并且对各种液体污渍优异的拒水性。

24、由于多维异质结构提供的完美表面粗糙度和低表面能物质修饰的协同作用，空气层很容易被捕获困在涂层的基体中，从而形成稳定的cassie–baxter状态，不仅具有优异的憎水性，防止基体被液滴渗透，还表现出自清洁特性。当水滴落在被土壤污垢污染的glps–mf表面时，水滴能够迅速滚落并带走土壤粉尘。

25、通过垂直燃烧法证明了glps–mf优异的阻燃性能。在180s的燃烧实验后，织物仍未被点燃。并且glps–mf具有良好的轻质和柔性，可以随意的弯曲和扭转，在未来应用中无论是从自身的轻质和柔性还是从耐恶劣环境上和使用安全上，均具有非常广阔的前景。