一种低密度、耐压、用于电热、光热加热器的复合气凝胶的制备方法和应用

【】本发明属于材料制备领域，具体涉及一种低密度、耐压、用于电热、光热加热器的ti3c2txmxene/rgo/aucu nps气凝胶的制备方法和应用。

背景技术：

0、【技术背景】

1、二维(2d)过渡金属碳化物和碳氮化物(mxenes)具有可调的表面基团、较大的比表面积和优异的电学、光学、热学及机械性能，受到科学家广泛的关注。有报道称mxene纳米片具有局域表面等离子体共振(lspr)效应，在可见光和近红外区域有两个增强的吸收带，因而具有优异的内部光热转化能力。将mxene制成多孔材料后，太阳光在多孔网络结构内多次反射，进一步增强了光吸收；同时，由于导热系数较低，能够抑制热量传导、对流和辐射造成的热损失，因而多孔结构的mxene有望成为优异的热管理材料，在人体热管理和生物医学等领域得到应用。然而，由于mxene纳米片间的层间键合能力相对较差，同时还存在温度过高易氧化的问题，很难将其组装成三维网络结构。与其他二维材料相比，go具有良好的凝胶能力、灵活性以及低密度、大比表面积的特点，是另一种被广泛研究的用于热管理的材料。将大尺寸的go与mxene结合，可以构建稳定的三维网络结构，还可以防止mxene完全暴露在空气中，减缓mxene的氧化速率。mxene基和go基气凝胶作为多孔固体材料，其因连续的网络结构、高孔隙率和比表面积，成为柔性加热器的优秀候选材料。文章in situ preparation oflight-driven cellulose-mxene aerogels based composite phase change materialswith simultaneously enhanced light-to-heat conversion，heat transfer and heatstorage(heng wang，yong deng，yilin liu，fuzhong wu，wenhao wang，huixin jin，jinlong zheng，jie lei，composites part a，2022，155，106853)中介绍使用mxene-纤维素气凝胶，表现出良好的光热性能(1sun太阳光照射下温度800s内升高到71.44℃)，具有较快的热响应和更高的温度范围。文章lightweight，fire-retardant，and anti-compressedhoneycombed-like carbon aerogels for thermal management and high-efficiencyelectromagnetic absorbing properties(jia xu，xiao zhang，zhibo zhao，hui hu，beili，chunling zhu，xitian zhang，and yujin chen，small，2021，2102032，1-13)中介绍采用定向冷冻浇铸碳化法制备了co/cs-go蜂窝状碳气凝胶，此气凝胶具有高隔热能力和高效电热转换能力(施加6v电压下18s升高到87.2℃)等特点。然而，目前以mxene基和go基混合气凝胶热转化效率低和响应时间较长，因此，制备具有高转化效率、高响应速率、坚固的多功能便携式柔性加热器是一大挑战。

2、贵金属(au、ag、cu)纳米晶体具有局部表面等离子体共振(lspr)特性，能够产生较强的光热效应，但因au、ag成本较高，cu在空气中容易氧化，很难得到大规模应用。aucu合金相比纯贵金属，具有低成本，高抗氧化性的优点，同时在近红外区域显示出较强的局域表面等离子体共振特性。将aucu合金与气凝胶结合，能够进一步提高材料的光热、电热特性，从而得到性能优越的热管理材料。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明提供了一种嵌有aucu合金纳米粒子的蜂窝状mxene/rgo/aucu nps气凝胶的制备方法，该气凝胶利用mxene和aucu nps之间产生静电吸引和氢键作用，使得aucu nps附着于mxene片层上，通过mxene、rgo之间的静电斥力和氢键的作用，形成高稳定的、高强度的多孔结构。该气凝胶具有低密度(0.023gcm-3)、高强度(90％应变时纵向压缩模量为475kpa)的特性。此外，还具有高效电热转换能力(施加7v电压下10s以内温度升高到240℃以上)和高效光热转换能力(1sun太阳光照射下12s以内温度升高到100℃以上)。

2、mxene/rgo/aucu nps气凝胶的制备方法包括以下步骤：

3、步骤一、将17mg/ml二水氯化铜溶液(cucl2·2h2o)，2.5mg/ml氯金酸溶液(haucl4·3h2o)、45mg十六胺和葡萄糖水溶液加入4ml去离子水中磁力搅拌18h、油浴加热30min和离心后得到aucu纳米颗粒粉末；

4、步骤二、将2g的氟化锂(lif)溶解到30ml的9m盐酸(hcl)溶液中，在室温下搅拌30分钟，制备蚀刻液。将2g的钛铝碳化物(ti3alc2)粉末缓慢加入蚀刻液中，在35℃下搅拌24h，然后用去离子水反复洗涤，直到得到的上清液ph≈6。最后，3500rpm下离心10min收集墨绿色上清液，得到单层mxene悬浊液。

5、步骤三、将步骤一得到的1～5mg/ml aucu nps、步骤二得到的5～10mg/ml mxene和5～10mg/ml go加入到去离子水中混合成分散液。然后将18mg抗坏血酸加入到上述混合液中，在冰浴下搅拌1h，使其混合均匀，之后将其在90℃油浴下加热10min，然后将含有混合物的小瓶固定在铜盘上，铜盘底部浸在液氮中-196℃定向冷冻；

6、步骤四、冷冻后，将混合物加热到室温，再在90℃油浴锅中加热10min。随后将该水凝胶冷冻干燥，最后在管式炉300℃氮气条件下进行热退火，得到mxene/rgo/aucu nps气凝胶；

7、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

8、1、本发明在三维网络结构mxene/rgo气凝胶中引入五角星状aucu nps，获得了具有电热、光热转化耐压的ti3c2txmxene/rgo/aucu nps气凝胶。在气凝胶形成的过程中，静电作用及氢键的作用对稳定的三维网络结构的形成起到了重要的作用。aucu nps呈正电性，mxene、rgo呈负电性。其中由于mxene片层负电性更强，因此aucu nps大多吸附在mxene片层上；mxene、rgo之间通过同性电荷的斥力作用，避免了相互堆叠，通过aucu nps的异性电荷吸引及mxene、rgo表面大量的氢键作用，形成了稳定的多孔结构。随后，通过液氮定向冷冻使冰晶定向生长从而形成定向的多孔结构。冷冻后再在90℃下加热10min，是为了促进有aucu nps负载的mxene片层和rgo片层的结合，进一步减少游离的rgo片层，得到mxene/rgo/aucu nps水凝胶。最后进行真空冷冻干燥形成气凝胶。

9、2、本发明所制备气凝胶具有低密度、耐压缩、导电的特性，并具有电热、光热特性，施加7v电压，温度可升高到240℃以上，响应时间小于7s；在一个太阳光强度照射下，12s内温度升高到100℃以上，并且两节五号干电池的电压就可以提供人体在寒冷环境下所需要的温度40℃；在户外30℃的温度下的太阳光照射可升高到70℃以上，说明只要在户外有太阳光的条件下，其就可以进行光热转化，因此其可作为便携式全天候电热、光热共同作用的加热器。