一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜及其制备方法

本发明属于智能材料、热管理和电磁屏蔽领域。

背景技术：

1、近年来，电磁波技术在越来越多可调谐环境中的应用，对智能电磁屏蔽材料提出了迫切的需求。具体而言，需要开发电磁屏蔽性能能够根据实际应用场景可调谐的、高效的智能电磁屏蔽材料。到目前为止，已经通过各种方法来实现材料电磁屏蔽性能的可调谐，如应力控制、电压控制、湿度控制和温度控制。相比之下，应力驱动的屏蔽材料可以更容易地通过机械压缩和减压来切换，但受力不均会直接影响电磁干扰屏蔽性能。同样电压、湿度等苛刻的刺激条件也使得材料只能起到特定的应用作用。温度驱动可调谐电磁屏蔽材料由于具有较好的环境适应性，可以更容易地根据环境温度的变化进行调节，在智能电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

2、同时为了应对日益增多的异常天气带来的威胁，近年来采用各种传热方法，如热辐射、热传导、水分蒸发、双模式控制等，用于实现电磁屏蔽材料具有高效的热管理能力，以满足个人对热舒适的需求，同时满足保护个人健康的要求。在这些方法中，控制热辐射因其低能耗、方便、环保而受到青睐。虽然已经开发出许多具有高辐射能力的电磁屏蔽材料，但大多数材料只有单一的辐射制冷或加热功能，并且热辐射控制有限，这限制了它们对动态季节和天气变化的响应能力。因此，迫切需要一种具有动态热管理和电磁屏蔽性能可调谐的多功能材料。

技术实现思路

1、本发明要解决现有热管理和电磁屏蔽材料无法兼容及适应动态环境的问题，而提供一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜及其制备方法。

2、一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，它由辐射制冷层和加热层组成；

3、或它由辐射制冷层、基底和加热层组成，且辐射制冷层及加热层分别设置于基底两侧；

4、所述的加热层为表面修饰的vo2纳米线自支撑膜。

5、一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜的制备方法，它是按以下步骤进行：

6、一、vo2纳米线的制备：

7、将草酸加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，然后加入五氧化二钒并搅拌均匀，得到混合溶液；或将草酸加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，然后加入五氧化二钒及掺杂源并搅拌均匀，得到混合溶液；

8、在温度为180℃～240℃的条件下，将混合溶液加热反应6h～24h，反应完成后，将产物离心洗涤，得到离心沉淀物，将离心沉淀物加入到水和异丙醇的混合溶液中，在温度为180℃～240℃的条件下，加热反应6h～24h，反应完成后，将产物离心洗涤并干燥，最后在氩气氛围及温度为500℃～650℃的条件下，退火1h～3h，得到vo2纳米线；

9、所述的草酸的质量与蒸馏水的体积比为1g:(100～300)ml；所述的草酸与五氧化二钒的质量比为1:(1～8)；所述的五氧化二钒的质量与水和异丙醇的混合溶液的体积比为1g:(45～90)ml；所述的水和异丙醇的混合溶液中水与异丙醇的体积比为1:(1～3)；

10、所述的vo2纳米线为vo2、w掺杂vo2或cr掺杂vo2；

11、二、表面修饰：

12、将vo2纳米线加入到含表面修饰剂的溶液中超声分散，得到分散液，在氮气气氛及温度为50℃～100℃的条件下，将分散液反应2h～6h，然后真空抽滤得到沉淀物，将沉淀物洗涤干燥，得到表面修饰的vo2纳米线，将表面修饰的vo2纳米线分散于溶液中，得到vo2纳米线分散液；

13、三、辐射制冷材料溶液的制备：

14、将辐射制冷材料配制成溶液，得到辐射制冷材料溶液；

15、四、复合薄膜的制备：

16、利用真空抽滤、旋涂或喷涂法，将vo2纳米线分散液、辐射制冷材料溶液及基底进行处理，得到兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜。

17、本发明的有益效果是：

18、vo2是一种热致变色材料，在温度变化时其电化学性能能够发生明显变化，具体表现为：低温度时，vo2为高阻态的绝缘态；高温时，vo2为高导电的金属态。vo2这种独特的电化学性能非常适合用于温度驱动的智能电磁屏蔽材料。此外，vo2纳米材料其视觉黑色，可以实现强太阳吸收，增加热量输入。本发明基于vo2的本征特性，发明了一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜。本发明所述的兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜中辐射制冷层具有高太阳反射率和高红外发射率，使其夏天可以辐射制冷。在辐射加热性能方面，高度连通的三维vo2纳米线网络层对太阳的吸收率高，保证了太阳能的高效加热。本发明所述的兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜三维vo2纳米线网络层的电磁屏蔽性能具有温度响应性，可通过温度驱动实现入射电磁波从透过到反射的转变，可作为一种智能温控电磁屏蔽开关应用于设备中，在下一代智能电磁器件中具有广阔的应用前景。本发明所述的兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜可以通过翻转复合薄膜轻松地在辐射制冷和加热模式之间切换，以适应动态的季节和天气变化，这种不对称复合薄膜为不同气候条件下的智能热管理提供了潜在的机会，也为建筑、汽车、食品冷链和其他太阳能利用相关应用中的节能被动温度控制提供了机会，以减少能源消耗和温室气体排放。

19、(1)复合薄膜无需外部能量输入即可同时实现被动辐射制冷和加热功能，结合两侧的不对称传热特性，该复合薄膜表现出优异的热管理性能。

20、(2)复合薄膜中的三维vo2纳米线导电网络的电导率随温度可变，进而实现电磁屏蔽性能具有温度响应性，可以作为智能电磁屏蔽开关应用于设备中。

21、(3)这种多模复合材料可以在制冷和加热模式之间切换，以适应动态制冷和加热场景，为可持续的温度管理和智能电磁防护应用提供了新途径。

22、本发明用于一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜及其制备方法。

技术特征：

1.一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于它由辐射制冷层和加热层组成；

2.根据权利要求1所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于所述的辐射制冷层的材质为pvdf、pdms、纳米多孔聚乙烯、pmma、eptfe或醋酸纤维素；所述的辐射制冷层厚度为50μm～400μm。

3.根据权利要求1所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于所述的基底为织物、商用滤膜或皮革；所述的基底厚度为50μm～500μm。

4.根据权利要求1所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于所述的加热层厚度为100μm～500μm。

5.根据权利要求1所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于表面修饰的vo2纳米线为利用表面修饰剂修饰的vo2、利用表面修饰剂修饰的w掺杂vo2或利用表面修饰剂修饰的cr掺杂vo2。

6.根据权利要求5所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜，其特征在于所述的表面修饰剂为硅烷偶联剂、聚多巴胺、抗坏血酸或聚乙烯吡咯烷酮。

7.如权利要求1所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行：

8.根据权利要求7所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的vo2纳米线的长度为20μm～60μm，直径为50nm～200nm；步骤一中所述的掺杂源为钨酸或氯化铬；步骤一中所述的w掺杂vo2中w占w与v的总原子数的0.5％～3％；所述的cr掺杂vo2中cr占cr与v的总原子数的1％～5％。

9.根据权利要求7所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的vo2纳米线的质量与含表面修饰剂的溶液的体积比为1g:(50～300)ml；步骤二中所述的含表面修饰剂的溶液质量百分数为1％～5％。

10.根据权利要求7所述的一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤三所述的辐射制冷材质为pvdf、pdms、纳米多孔聚乙烯、pmma、eptfe或醋酸纤维素。

技术总结
一种兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜及其制备方法，它属于智能材料、热管理和电磁屏蔽领域。本发明要解决现有热管理和电磁屏蔽材料无法兼容及适应动态环境的问题。复合薄膜，它由辐射制冷层和加热层组成；或它由辐射制冷层、基底和加热层组成，且辐射制冷层及加热层分别设置于基底两侧。制备方法：一、VO<subgt;2</subgt;纳米线的制备；二、表面修饰；三、辐射制冷材料溶液的制备；四、复合薄膜的制备。本发明用于兼具智能电磁屏蔽和动态热管理功能的复合薄膜及其制备。

技术研发人员：豆书亮,梁姝慧,李垚,管欢
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31