一种MXene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法

一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法
技术领域
1.本发明涉及柔性可穿戴多功能材料领域，具体是一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着全球信息技术的快速发展，可穿戴电子纺织设备兴起，人们对发展高性能多功能可穿戴设备的需求也在不断增加。智能复合材料广泛应用于热管理、融冰、健康监测等方面。
3.智能复合材料的多功能响应大都以导电性为基础，因此目前报道的大部分多功能复合材料都引入导电本征聚合物(例如聚吡咯、聚苯胺、聚3,4-乙烯二氧噻吩等)、金属纳米粒子或纳米线(银纳米线/颗粒、铜纳米颗粒)、碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管、炭黑等)以及新型二维过渡金属碳化物或氮化物家族mxene等。传统的市售的聚合物基材具有力学性能好、质轻、化学稳定性好等特性，但接触火源时极易燃烧，并伴有熔滴现象，容易引发火灾，同时聚合物长期使用时可能会引起细菌感染。
4.目前，主要采用两种方法将上述活性材料引入基材中，以实现复合材料的多功能。一种方法是将活性材料通过喷涂、浸涂、滴涂、真空抽滤等方法负载在纤维(例如聚酯、聚丙烯腈等)、织物或塑料、橡胶等基材的表面；另一种方法是将活性材料与聚合物进行共混制备复合材料。为了更好地提高基材与功能层之间的结合力，往往需要对基材进行一些预处理，包括偶联剂、碱处理、表面氧化、等离子体辐照、化学接枝、紫外接枝和高能辐照接枝等。据报道，上述对基材的大多数预处理可能改善了基材的表面活性，但牺牲了基材固有的力学性能和结构完整性。例如文献《liu x,jin x,li l,et al.air-permeable,multifunctional,dual-energy-driven mxene-decorated polymeric textile-based wearable heaters with exceptional electrothermal and photothermal conversion performance[j].journal of materials chemistry a,2020,8(25):12526
–
12537》中公开的可穿戴加热器，首先将pet织物用氢氧化钠进行预处理，再使用简单的浸涂法将mxene负载到pet表面，制备的可穿戴加热器在保暖、热疗、除冰、emi屏蔽、抗菌和防火等方面广泛应用，但碱预处理的方法虽然打破了酯键并在pet纤维上形成新的极性基团，这同时也严重降低了pet的机械强度，并对环境造成潜在损害。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法。
[0006]
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]
(1)制备mxene分散液；
[0008]
(2)制备mxene/金属纳米粒子功能层分散液：将金属盐溶液与mxene分散液混合均
匀，mxene分散液将金属盐溶液还原成金属纳米粒子，得到mxene/金属纳米粒子功能层分散液；
[0009]
(3)将基材浸渍于生物启发的粘合剂连接层溶液中直到基材表面被连接层充分覆盖，取出后干燥以除去多余的水分；然后再浸渍于功能层分散液中至基材表面被均匀涂覆，取出后干燥以除去多余的水分；重复上述浸渍过程至基材表面呈现出均匀的黑色，得到功能性基材；
[0010]
(4)制备pdms防护层：将pdms与固化剂加入到溶剂中混合均匀，再将功能性基材浸渍其中进行吸附；浸渍完成后，干燥固化，得到多功能涂层复合材料。
[0011]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0012]
(1)本发明将金属盐溶液与mxene分散液混合均匀，得到mxene/金属纳米粒子功能层分散液；再将基材在生物启发的粘合剂连接层溶液和mxene/金属纳米粒子功能层分散液中循环浸渍干燥，最后用保护层pdms固化，得到多功能涂层复合材料。本发明制备工艺简单、环保，不破坏基材表面结构，保留了基材的机械性能，且基材与功能层之间的结合力强。
[0013]
(2)本发明通过生态友好型连接层将基材与二维纳米材料mxene及金属纳米粒子结合，为基材表面提供极性基团的同时，实现了基材的无损改性，保留基材原本的机械性能，且对基材具有普适性，基材的种类没有限制，同时通过静电相互作用或氢键作用将基材与功能层紧密连接，结合力强。
[0014]
(3)本发明的功能层采用mxene和金属纳米颗粒协同作用。采用具有交联结构的pdms层在增强mxene/金属纳米粒子功能层与基材之间的界面相互作用的同时，还可以有效防止mxene层的氧化和降解，从而提高多功能复合材料的环境稳定性。
[0015]
(4)本方法制备的多功能涂层复合材料具有导电、电加热性能、光热转换性能、抗菌性能以及阻燃性能，能够宽范围高灵敏度进行响应，能够应用于基材表面电热除冰、光热抗菌及柔性可穿戴材料的防寒保暖等领域，具有广阔的应用前景。具体是：具有较低的薄层电阻，在10～200ω/sq；电加热性能优异，在施加1～10v的直流稳压电源下，表面温度可以在10～600s内升至25～200℃；具有优秀的光热转换性能，在10～500mw/cm2的光功率密度下，0～1200s内织物表面温度可以达到25～180℃；抗菌率可以达到82.70％～99.93％，且具有疏水效果，接触角最大可达到150
°
。
附图说明
[0016]
图1为本发明实施例1中ti3c2t
x mxene纳米片的透射电子显微镜图；
[0017]
图2为本发明实施例1中ti3c2t
x mxene纳米片的xrd图；
[0018]
图3为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物的sem图；
[0019]
图4为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物的水接触角图；
[0020]
图5为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物在3v电压下加热的循环稳定性；
[0021]
图6为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物在300mw/cm2的模拟太阳光照射下的温度变化曲线图；
[0022]
图7为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物和大肠杆菌培养后的固体培养基图；
[0023]
图8为本发明实施例1中多功能复合聚酯织物的热重曲线图。
具体实施方式
[0024]
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本发明权利要求的保护范围。
[0025]
本发明提供了一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法(简称方法)，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0026]
(1)制备mxene分散液；
[0027]
优选地，步骤(1)中，mxene分散液包括ti3c2t
x mxene分散液、mo2ct
x mxene分散液和nb2ct
x mxene分散液。
[0028]
优选的，步骤(1)中，所述ti3c2t
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂(lif)充分溶解于6～20m浓盐酸中；然后将碳钛化铝(ti3alc2)加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，其中lif和ti3alc2的质量比为1:1～3，在25～50℃下反应12～48h；再将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层ti3c2t
x mxene分散液。
[0029]
优选的，步骤(1)中，mo2ct
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂(lif)充分溶解于6～20m浓盐酸中；然后将碳化钼镓(mo2ga2c)加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，其中lif和mo2ga2c的质量比为1:1～3，在40～60℃下反应7～8天；再将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层mo2ct
x mxene分散液。
[0030]
优选的，步骤(1)中，nb2ct
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂(lif)充分溶解于6～20m浓盐酸中；然后将铌碳化铝(nb2alc)加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，其中lif和nb2alc的质量比为1:1～3，在20～30℃下反应9～10天；将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层nb2ct
x mxene分散液。
[0031]
(2)制备mxene/金属纳米粒子功能层分散液：将金属盐溶液与mxene分散液混合均匀，mxene分散液将金属盐溶液还原成金属纳米粒子，得到mxene/金属纳米粒子功能层分散液(简称功能层分散液)；
[0032]
优选的，步骤(2)中，金属盐溶液采用硝酸银(agno3)溶液、硫酸铜(cuso4)溶液、碘化亚铜(cui)溶液、氯金酸(aucl3·
hcl
·
4h2o)溶液、氯铂酸(h2ptcl6)溶液、氯化铁(fecl3)溶液或硝酸锌(zn(no3)2)溶液中的至少一种；
[0033]
优选的，步骤(2)中，金属纳米粒子为银纳米粒子(ag nps)、铜纳米粒子(cu nps)、金纳米粒子(au nps)、铂纳米粒子(pt nps)、纳米氧化铁(feo)或纳米氧化锌(zno)中的至少一种。
[0034]
优选的，步骤(2)中，mxene分散液的浓度为1～10mg/ml；金属盐溶液的浓度为0.1～10mg/ml。
[0035]
优选的，步骤(2)中，混合采用磁力搅拌，转速为200～1000rpm，搅拌时间为10～60min。
[0036]
优选的，步骤(2)中，还原反应在超声环境中进行，促进金属盐的还原过程，超声时间为10～30min。
[0037]
(3)将基材浸渍于生物启发的粘合剂连接层溶液(简称连接层溶液)中直到基材表面被连接层充分覆盖，取出后干燥以除去多余的水分；然后再浸渍于功能层分散液中至基材表面被均匀涂覆，取出后干燥以除去多余的水分；重复上述浸渍过程至基材表面呈现出均匀的黑色，得到功能性基材；
[0038]
优选地，步骤(3)中，生物启发的粘合剂连接层溶液采用hacc(壳聚糖季铵盐)溶液、ta(单宁酸)溶液或pda(聚多巴胺)溶液，提供抗菌功能；
[0039]
优选的，步骤(3)中，hacc溶液的配制方法是：将hacc溶解于溶剂中，在20～30℃下搅拌溶解10～60min至均相，得到浓度为1～50mg/ml的hacc溶液；溶剂为去离子水或无水乙醇。
[0040]
优选的，步骤(3)中，ta溶液的配制方法是：将ta溶解于溶剂中，在20～30℃下搅拌溶解10～60min至均相，得到浓度为1～50mg/ml的ta溶液；溶剂为去离子水或无水乙醇。
[0041]
优选的，步骤(3)中，pda溶液的配制方法是：将da(盐酸多巴胺)溶解于tris-hcl缓冲液中，20～30℃下搅拌0.5～48h，使其自聚合，得到浓度为1～50mg/ml的pda。
[0042]
优选的，步骤(3)中，浸渍过程重复的次数为1～20次；浸渍于连接层溶液和功能层分散液中的时间均为10～120min。
[0043]
优选的，步骤(3)中，干燥置于真空烘箱中，干燥温度为50～80℃，干燥时间为1～2h。
[0044]
优选的，步骤(3)中，基材为聚合物纤维、织物、合成橡胶和塑料，具体是聚酯纤维/织物、芳香族聚酰胺纤维/织物、聚氨基甲酸酯纤维/织物、聚丙烯腈纤维/织物、纤维素纤维/织物、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、abs树脂、丁苯橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶。
[0045]
(4)制备pdms(聚二甲基硅氧烷)防护层：将pdms与固化剂加入到溶剂中混合均匀，再将功能性基材浸渍其中进行吸附；浸渍完成后，干燥固化，得到多功能涂层复合材料。
[0046]
优选的，步骤(4)中，pdms与固化剂的质量比为10:1～4。
[0047]
优选的，步骤(4)中，溶剂为正庚烷、正己烷或无水乙醇中的至少一种。
[0048]
优选的，步骤(4)中，浸渍时间为10～50min(优选15～40min，更优选20～30min)。
[0049]
优选的，步骤(4)中，干燥置于真空烘箱中，干燥温度为25～120℃，干燥时间为1～4h。
[0050]
实施例和对比例中采用如下测试方法：
[0051]
(1)电阻率测试：使用超高阻微电流测试仪测量不同样品的薄层电阻。测试过程中测试探头与样品紧密接触。
[0052]
(2)电热性能测试：将样品裁成1
×
3cm2的长方形，两端通过鳄鱼夹连接到直流稳压电源，施加1～10v的电压，并通过红外热成像仪记录样品表面的温度变化。
[0053]
(3)光热性能测试：将样品裁成1
×
3cm2的长方形，用氙灯平行光源模拟太阳光进行照射。光功率密度为10～500mw/cm2。样品的表面温度是由红外热成像仪测量记录的。
[0054]
(4)抗菌性能测试：采用平板计数法测试复合材料对于大肠杆菌的抗菌性能。
[0055]
(5)阻燃性能测试：垂直燃烧实验是用酒精灯模拟的，将复合材料靠近火源点燃1s后迅速移开，观察火焰燃烧情况及熔滴情况。
[0056]
实施例1
[0057]
(1)将3.2g的lif充分溶解于50ml的9m的hcl溶液中；然后将1.6g的ti3alc2缓慢地少量多次加入到上述溶液中，在35℃下反应24h；再将产物用去离子水洗涤，并以3500rpm离心15min进行5次，直至溶液的ph＝6；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声100min，最后以3500rpm离心5min收集上清液，制备出6mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0058]
(2)将50mg的agno3溶解在25ml去离子水中，得到2mg/ml的agno3溶液；然后将上述agno3溶液缓慢注入ti3c2t
x mxene悬浮液中，200rpm搅拌20min，然后超声处理10min，得到ti3c2t
x mxene/agnps分散液；
[0059]
(3)取0.5g的hacc加入500ml去离子水中，在20℃下，磁力搅拌30min使其充分溶解，得到1mg/ml的hacc溶液；将5
×
5cm2的聚酯织物先置于hacc溶液中60min，真空烘箱50℃干燥1h，然后置于功能层分散液中30min，真空烘箱50℃干燥1h，循环此过程3次，得到功能性基材；
[0060]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中浸渍40min，其中pdms与固化剂的质量比为10:1，然后在80℃的烘箱中1h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/agnps/pdms多功能复合聚酯织物。
[0061]
经测试，实施例1中ti3c2t
x mxene/agnps/pdms多功能复合聚酯织物的薄层电阻为50ω/sq，在施加3v电压下，多功能复合聚酯织物表面温度达到约50℃。在光功率密度为300mw/cm2时，多功能复合聚酯织物表面温度达到80℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到98.30％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0062]
由图1可以看出，刻蚀后的ti3c2t
x mxene纳米片超薄并近乎透明，横向尺寸在1μm左右，带有标志性的褶皱，证明了单层ti3c2t
x mxene纳米片的成功制备。
[0063]
由图2可以看出，xrd谱图中显示了由max相ti3alc2刻蚀成ti3c2t
x mxene相后(002)衍射峰从9.4
°
向左偏移至5.9
°
，ti3alc2在2θ＝38.6
°
处的al峰消失，证明al层被成功刻蚀掉以及mxene被剥离成单层纳米片。
[0064]
由图3可以看出，多功能复合聚酯织物的纤维表面变得粗糙且由褶皱，纤维之间的空洞和缝隙被mxene纳米片填充，形成连续的导电层。
[0065]
由图4可以看出，经过pdms的负载，多功能复合聚酯织物表面水接触角为110.2
°
，呈现疏水性。
[0066]
由图5可以看出，在3v的稳压电源下，9个循环后，多功能复合聚酯织物表面的饱和温度依旧可以达到50℃，进一步证明了织物作为可穿戴加热器的温度可调性和稳定性。
[0067]
由图6可以看出，使用氙灯模拟太阳光源，在300mw/cm2的光强下，多功能复合聚酯织物表面温度在50s内由室温升高至80℃，并趋于稳定，表现出了优异的光热转换性能。
[0068]
由图7可以看出，多功能复合聚酯织物对于大肠杆菌的抗菌率为98.30％。
[0069]
由图8可以看出，多功能复合聚酯织物的重量保留率增加到43.05％，具有优异的热稳定性。
[0070]
对比例1
[0071]
与实施例1的步骤相同，区别仅在于不添加ti3c2t
x mxene分散液，具体操作为：
[0072]
(1)将50mg的agno3溶解在25ml去离子水中，得到2mg/ml的agno3溶液；
[0073]
(2)取0.5g的hacc加入500ml去离子水中，在20℃下，磁力搅拌30min使其充分溶
解，得到1mg/ml的hacc溶液；将5
×
5cm2的聚酯织物先置于hacc溶液中60min，真空烘箱50℃干燥1h，然后置于agno3溶液中30min，真空烘箱50℃干燥1h，循环此过程3次，得到功能性基材；
[0074]
(3)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中浸渍40min，其中pdms与固化剂的质量比为10:1，然后在80℃的烘箱中1h以完成pdms的固化，得到agno3/pdms多功能复合聚酯织物。
[0075]
经测试，对比例1中agno3/pdms多功能复合聚酯织物的电阻率为10
12
ω/sq，在施加10v电压下，多功能复合聚酯织物表面温度达到约25℃。在光功率密度为300mw/cm2时，多功能复合聚酯织物表面温度达到26℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到32.70％。燃烧时火苗大小无变化，有熔滴现象出现。
[0076]
对比例2
[0077]
与实施例1的步骤相同，区别仅在于不添加agno3分散液，具体操作为：
[0078]
(1)将3.2g的lif充分溶解于50ml的9m的hcl溶液中；然后将1.6g的ti3alc2缓慢地少量多次加入到上述溶液中，在35℃下反应24h；再将产物用去离子水洗涤，并以3500rpm离心15min进行5次，直至溶液的ph＝6；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声100min，最后以3500rpm离心5min收集上清液，制备出6mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0079]
(2)取0.5g的hacc加入500ml去离子水中，在20℃下，磁力搅拌30min使其充分溶解，得到1mg/ml的hacc溶液；将5
×
5cm2的聚酯织物先置于hacc溶液中60min，真空烘箱50℃干燥1h，然后置于ti3c2t
x mxene分散液中30min，真空烘箱50℃干燥1h，循环此过程3次，得到功能性基材；
[0080]
(3)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中浸渍40min，其中pdms与固化剂的质量比为10:1，然后在80℃的烘箱中1h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/pdms多功能复合聚酯织物。
[0081]
经测试，对比例2中mxene/pdms多功能复合聚酯织物的电阻率为103ω/sq，在施加5v电压下，多功能复合聚酯织物表面温度达到约50℃。在光功率密度为300mw/cm2时，多功能复合聚酯织物表面温度达到25℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到56.70％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0082]
实施例2
[0083]
(1)将3.2g的lif充分溶解于50ml的9m的hcl溶液中；然后将1.6g的ti3alc2缓慢地少量多次加入到上述溶液中，在35℃下反应24h；再将产物用去离子水洗涤，并以5000rpm离心15min进行5次，直至溶液的ph＝6；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声120min，最后以3500rpm离心5min收集上清液，制备出10mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0084]
(2)将50mg的cuso4溶解在25ml去离子水中，得到2mg/ml的cuso4溶液；然后将上述cuso4溶液缓慢注入ti3c2t
x mxene悬浮液中，200rpm搅拌20min，然后超声处理10min，得到ti3c2t
x mxene/cunps分散液；
[0085]
(3)取5g的ta加入500ml去离子水中，在20℃，磁力搅拌30min使其充分溶解，得到10mg/ml的ta溶液；将5
×
5cm2的聚酯织物先置于ta溶液中60min，真空烘箱50℃干燥1h，然后置于功能层分散液中30min，真空烘箱50℃干燥1h，循环此过程3次，得到功能性基材；
[0086]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂中浸渍10min，其中pdms与固化剂的质
量比为10:1，然后在120℃的烘箱中2h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/cunps/pdms多功能复合聚酯织物。
[0087]
经测试，实施例2中ti3c2t
x mxene/cunps/pdms多功能复合聚酯织物的薄层电阻为100ω/sq，在施加10v电压下，多功能复合聚酯织物表面温度达到约200℃。在光功率密度为500mw/cm2时，多功能复合聚酯织物表面温度达到180℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到99.10％。燃烧时火苗明显变小，无熔滴现象出现。
[0088]
实施例3
[0089]
(1)将2g的lif充分溶解于9m的hcl溶液中；然后将2g的mo2ga2c加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，在40℃下反应7天；再将产物用去离子水洗涤，并以3500rpm离心5min进行5次，直至溶液的ph＝5；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20min，最后以3500rpm离心30min收集上清液，即可得到1mg/ml的单层mo2ct
x mxene分散液；
[0090]
(2)将20ml的0.01％的aucl3·
hcl
·
4h2o溶液加热至沸腾，加入2ml的1％柠檬酸钠溶液，回流10min，撤去热源，继续搅拌15min，冷却溶液至室温；然后加入到mo2ct
x mxene分散液中，连续振荡20min，然后超声处理10min，得到mo2ct
x mxene/aunps分散液；
[0091]
(3)将0.25g盐酸多巴胺溶解于250ml的tris-hcl缓冲液中，20℃下搅拌48h，使其自聚合，得到浓度为1mg/ml的pda；将聚丙烯腈纤维先置于pda溶液中60min，真空烘箱50℃干燥1h，然后置于功能层分散液中30min，真空烘箱50℃干燥1h，循环此过程1次，得到功能性基材；
[0092]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中浸渍40min，其中pdms与固化剂的质量比为10:1，然后在25℃的烘箱中4h以完成pdms的固化，得到mo2ct
x mxene/aunps/pdms多功能复合聚丙烯腈纤维。
[0093]
经测试，实施例3中mo2ct
x mxene/aunps/pdms多功能复合聚丙烯腈纤维的薄层电阻为200ω/sq，在施加1v电压下，多功能复合聚丙烯腈纤维表面温度达到约35℃。在光功率密度为50mw/cm2时，多功能复合聚丙烯腈纤维表面温度达到32℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到86.10％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0094]
实施例4
[0095]
(1)将2g的lif充分溶解于6m的hcl溶液中；然后将4g的nb2alc加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，在26℃下反应10天；再将产物用去离子水洗涤，并以5000rpm离心8min进行5次，直至溶液的ph＝6；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声120min，最后以5000rpm离心20min收集上清液，即可得到7mg/ml的单层nb2ct
x mxene分散液；
[0096]
(2)将0.5g的fecl3溶于250ml去离子水中，得到2mg/ml的fecl3溶液；然后将fecl3溶液缓慢注入nb2ct
x mxene分散液中，连续振荡40min，然后超声处理15min，得到nb2ct
x mxene/feo分散液；
[0097]
(3)将12.5g盐酸多巴胺溶解于250ml的tris-hcl缓冲液中，30℃下搅拌0.5h，使其自聚合，得到浓度为50mg/ml的pda；再将丁苯橡胶板先置于pda溶液中45min，真空烘箱65℃干燥1h，然后置于功能层分散液中45min，真空烘箱80℃干燥2h，循环此过程18次，得到功能性基材；
[0098]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的无水乙醇中30min，pdms与固化剂的质量比为10:1，然后在60℃的烘箱中1.5h以完成pdms的固化，得到nb2ct
x mxene/feo/pdms多功能复合丁苯橡胶板。
[0099]
经测试，实施例4中nb2ct
x mxene/feo/pdms多功能复合丁苯橡胶板的薄层电阻为180ω/sq，在施加6v电压下，多功能复合丁苯橡胶板表面温度达到约67℃。在光功率密度为400mw/cm2时，多功能复合丁苯橡胶板表面温度达到78℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到97.80％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0100]
实施例5
[0101]
(1)将1g的lif充分溶解于12m的hcl溶液中；然后将3g的mo2ga2c加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，在60℃下反应8天；再将产物用去离子水洗涤，并以4000rpm离心10min进行5次，直至溶液的ph＝7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声90min，最后以4000rpm离心30min收集上清液，得到9mg/ml的单层mo2ct
x mxene分散液；
[0102]
(2)取1.5g的zn(no3)2溶于250ml去离子水中，得到6mg/ml的zn(no3)2溶液；然后将zn(no3)2溶液缓慢注入mo2ct
x mxene分散液中，连续振荡60min，然后超声处理45min，得到mo2ct
x mxene/zno分散液；
[0103]
(3)取5g的ta溶于250ml的去离子水中，在25℃下，磁力搅拌60min，得到20mg/ml的ta溶液；再将abs树脂板先置于ta溶液中50min，真空烘箱70℃干燥1.5h，然后置于功能层分散液中45min，真空烘箱80℃干燥2h，循环此过程12次，得到功能性基材；
[0104]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中50min，其中pdms和固化剂质量比为10:1，然后在60℃的烘箱中1.5h以完成pdms的固化，得到mo2ct
x mxene/zno/pdms多功能复合abs树脂板。
[0105]
经测试，实施例5中mo2ct
x mxene/zno/pdms多功能复合abs树脂板的薄层电阻为160ω/sq，在施加7v电压下，多功能复合abs树脂板表面温度达到约89℃。在光功率密度为250mw/cm2时，多功能复合abs树脂板表面温度达到55℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到96.90％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0106]
实施例6
[0107]
(1)将1g的lif充分溶解于6m的hcl溶液中；然后将2g的mo2ga2c加入到上述溶液中，为避免反应剧烈，缓慢少量地加入，待气泡消失后继续加入，在60℃下反应8天；再将产物用去离子水洗涤，并以8000rpm离心15min进行5次，直至溶液的ph＝7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声120min，最后以5000rpm离心10min收集上清液，得到10mg/ml的单层mo2ct
x mxene分散液；
[0108]
(2)取2.5g的agno3置于250ml去离子水中，得到10mg/ml的agno3溶液；然后将agno3溶液缓慢注入mo2ct
x mxene分散液中，连续振荡20min，然后超声处理10min，得到mo2ct
x mxene/agnps分散液；
[0109]
(3)取hacc加入去离子水中，在30℃下，磁力搅拌10min使其充分溶解，得到50mg/ml的hacc溶液；再将5
×
5cm2的聚氨基甲酸酯织物先置于hacc溶液中60min，真空烘箱60℃干燥1h，然后置于功能层分散液中120min，真空烘箱60℃干燥4h，循环此过程20次，得到功能性基材；
[0110]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中30min，其中pdms和固化剂的质量比为10:1，然后在120℃的烘箱中2h以完成pdms的固化，得到mo2ct
x mxene/agnps/pdms多功能复合聚氨基甲酸酯织物。
[0111]
经测试，实施例6中mo2ct
x mxene/agnps/pdms多功能复合聚氨基甲酸酯织物的电阻为10ω/sq，在施加10v电压下，多功能复合聚氨基甲酸酯织物表面温度达到约200℃。在光功率密度为500mw/cm2时，多功能复合聚氨基甲酸酯织物表面温度达到180℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到98.50％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0112]
实施例7
[0113]
(1)参照实施例1，制备5mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0114]
(2)取0.025g的fecl3溶于250ml去离子水中，制备0.1mg/ml的fecl3溶液；然后将fecl3溶液缓慢注入ti3c2t
x mxene分散液中，连续振荡30min，然后超声处理30min，得到ti3c2t
x mxene/feo分散液；
[0115]
(3)将5g盐酸多巴胺溶解于250ml的tris-hcl缓冲液中，25℃下搅拌8h，使其自聚合，得到浓度为20mg/ml的pda；将5
×
5cm2的芳香族聚酰胺织物先置于pda溶液中50min，真空烘箱80℃干燥2h，然后置于功能层分散液中120min，真空烘箱60℃干燥4h，循环此过程17次，得到功能性基材；
[0116]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中10min，其中pdms和固化剂的质量比为10:1，然后在50℃的烘箱中4h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/feo/pdms多功能复合芳香族聚酰胺织物。
[0117]
经测试，实施例7中ti3c2t
x mxene/feo/pdms多功能复合芳香族聚酰胺织物的电阻为110ω/sq，在施加9v电压下，多功能复合芳香族聚酰胺织物表面温度达到约180℃。在光功率密度为350mw/cm2时，多功能复合芳香族聚酰胺织物表面温度达到95℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到92.50％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0118]
实施例8
[0119]
(1)参照实施例1，制备8mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0120]
(2)将50ml的0.01％的aucl3·
hcl
·
4h2o溶液加热至沸腾，加入5ml的2％柠檬酸钠溶液，回流30min，撤去热源，继续搅拌20min，冷却溶液至室温；然后加入ti3c2t
x mxene分散液中，连续振荡40min，然后超声处理10min，得到mxene/aunps分散液；
[0121]
(3)取hacc加入去离子水中，在27℃下，磁力搅拌10min使其充分溶解，得到5mg/ml的hacc溶液；再将顺丁橡胶板先置于hacc溶液中120min，真空烘箱70℃干燥1h，然后置于功能层分散液中20min，真空烘箱70℃干燥1.5h，循环此过程5次，得到功能性基材；
[0122]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正己烷中20min，其中pdms和固化剂的质量比为10:1，然后在40℃的烘箱中3.5h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/aunps/pdms多功能复合顺丁橡胶板。
[0123]
经测试，实施例8中ti3c2t
x mxene/aunps/pdms多功能复合顺丁橡胶板的电阻为200ω/sq，在施加7v电压下，多功能复合顺丁橡胶板表面温度达到约150℃。在光功率密度为10mw/cm2时，多功能复合顺丁橡胶板表面温度达到25℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到88.90％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0124]
实施例9
[0125]
(1)参照实施例1，制备4mg/ml的ti3c2t
x mxene分散液；
[0126]
(2)将125mg的cuso4溶解在25ml去离子水中，得到5mg/ml的cuso4溶液；然后将cuso4溶液缓慢注入mxene分散液中，连续振荡30min，然后超声处理20min，得到ti3c2t
x mxene/cunps分散液；
[0127]
(3)取12.5g的ta溶于250ml去离子水中，30℃下，磁力搅拌60min，得到50mg/ml的ta溶液；将聚丙烯板材先置于ta溶液中15min，真空烘箱80℃干燥1h，然后置于功能层分散液中20min，真空烘箱80℃干燥30min，循环此过程10次，得到功能性基材；
[0128]
(4)将功能性基材浸入含有pdms及其固化剂的正庚烷中50min，其中pdms及其固化剂的质量比为10:1，然后在40℃的烘箱中2h以完成pdms的固化，得到ti3c2t
x mxene/cunps/pdms多功能复合聚丙烯板材。
[0129]
经测试，实施例9中ti3c2t
x mxene/cunps/pdms多功能复合聚丙烯板材的电阻为190ω/sq，在施加3v电压下，多功能复合聚丙烯板材表面温度达到约28℃。在光功率密度为100mw/cm2时，多功能复合聚丙烯板材表面温度达到120℃。对于大肠杆菌的抗菌效率达到92.40％。燃烧时火苗变小，无熔滴现象出现。
[0130]
本发明未述及之处适用于现有技术。

技术特征：
1.一种mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)制备mxene分散液；(2)制备mxene/金属纳米粒子功能层分散液：将金属盐溶液与mxene分散液混合均匀，mxene分散液将金属盐溶液还原成金属纳米粒子，得到mxene/金属纳米粒子功能层分散液；(3)将基材浸渍于生物启发的粘合剂连接层溶液中直到基材表面被连接层充分覆盖，取出后干燥以除去多余的水分；然后再浸渍于功能层分散液中至基材表面被均匀涂覆，取出后干燥以除去多余的水分；重复上述浸渍过程至基材表面呈现出均匀的黑色，得到功能性基材；(4)制备pdms防护层：将pdms与固化剂加入到溶剂中混合均匀，再将功能性基材浸渍其中进行吸附；浸渍完成后，干燥固化，得到多功能涂层复合材料。2.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，mxene分散液包括ti3c2t
x mxene分散液、mo2ct
x mxene分散液和nb2ct
x mxene分散液。3.根据权利要求2所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述ti3c2t
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂溶解于6～20m浓盐酸中；然后将碳钛化铝加入到上述溶液中，其中lif和ti3alc2的质量比为1:1～3，在25～50℃下反应12～48h；再将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层ti3c2t
x mxene分散液；mo2ct
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂溶解于6～20m浓盐酸中；然后将碳化钼镓加入到上述溶液中，其中lif和mo2ga2c的质量比为1:1～3，在40～60℃下反应7～8天；再将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层mo2ct
x mxene分散液；nb2ct
x mxene分散液的制备方法是：将氟化锂溶解于6～20m浓盐酸中；然后将铌碳化铝加入到上述溶液中，其中lif和nb2alc的质量比为1:1～3，在20～30℃下反应9～10天；再将产物用去离子水洗涤，并以3500～8000rpm离心5～15min直至溶液的ph＝5～7；再将下层沉淀物重新分散在去离子水中并超声20～120min，最后以3500～5000rpm离心5～30min来收集上清液，即可得到单层nb2ct
x mxene分散液。4.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，金属盐溶液采用硝酸银溶液、硫酸铜溶液、碘化亚铜溶液、氯金酸溶液、氯铂酸溶液、氯化铁溶液或硝酸锌溶液中的至少一种；金属纳米粒子为银纳米粒子、铜纳米粒子、金纳米粒子、铂纳米粒子、纳米氧化铁或纳米氧化锌中的至少一种。5.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，mxene分散液的浓度为1～10mg/ml；金属盐溶液的浓度为0.1～10mg/ml。6.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特
征在于，步骤(2)中，还原反应在超声环境中进行，超声时间为10～30min。7.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，生物启发的粘合剂连接层溶液采用hacc溶液、ta溶液或pda溶液；基材为聚合物纤维、织物、合成橡胶和塑料。8.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，浸渍过程重复的次数为1～20次；浸渍于连接层溶液和功能层分散液中的时间均为10～120min。9.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，pdms与固化剂的质量比为10:1～4；溶剂为正庚烷、正己烷或无水乙醇中的至少一种。10.根据权利要求1所述的mxene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，浸渍时间为10～50min；干燥温度为25～120℃，干燥时间为1～4h。

技术总结
本发明公开了一种MXene/金属纳米粒子多功能涂层复合材料的制备方法。本发明将金属盐溶液与MXene分散液混合均匀，得到MXene/金属纳米粒子功能层分散液；再将基材在生物启发的粘合剂连接层溶液和MXene/金属纳米粒子功能层分散液中循环浸渍干燥，最后用保护层PDMS固化，得到多功能涂层复合材料。本发明制备工艺简单、环保，不破坏基材表面结构，保留了基材的机械性能，且基材与功能层之间的结合力强。且基材与功能层之间的结合力强。且基材与功能层之间的结合力强。


技术研发人员：韩娜 苏欣 张兴祥 吴维光 高雪峰
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/20