一种致动膜材料及其制备方法和应用方法

本技术涉及隐身及热管理材料，具体涉及一种具有动态红外-可见光隐身、耐湿耐盐和热管理功能的致动膜材料及其制备方法和应用方法。

背景技术：

1、随着多波段融合侦察技术的快速发展，军事目标在复杂多场景环境下面临极高的暴露风险。传统的单一波段或静态伪装材料已难以满足多波段、多模态现代战场侦察技术的需求。相应地，具有红外-可见光双波段伪装性能的隐身材料对于获取战争主动权具有重要意义。

2、可见光伪装主要依靠颜料或染料的静态配色策略来匹配背景环境，而红外隐身材料则多采用金属或金属氧化物涂层等低红外发射率策略来降低目标被探测的可能性。然而，实现可见光高反射或显著颜色特征的材料，往往在红外波段具有较高发射率；而典型的低红外发射率材料通常呈现金属光泽或深色外观，难以满足可见光伪装需求。这种光谱特性上的内在冲突，使红外-可见光双波段协同伪装在现有材料体系中难以兼容。

3、实际战场环境，例如从海面到沙滩的过渡场景中，背景的可见光特征与红外辐射特征会随环境条件发生显著变化。在低辐射背景（如海面）下，单纯降低热目标的红外发射率可实现隐身；但在高辐射背景（如沙滩）下，低发射率反而会增强目标与背景之间的辐射对比度，导致伪装效能下降甚至反向暴露。此外，在海洋等高湿、高盐环境中，材料表面易发生氧化或盐渍残留，会显著提高红外发射率，导致红外伪装功能的迅速退化。因此，发展具备环境响应能力的自适应红外-可见光双波段伪装材料，并兼具良好的耐湿耐盐性能，已成为实现多场景稳定协同隐身的关键方向。

4、mxene（一种二维过渡金属碳/氮化物材料）作为一种新兴的二维材料，具有类金属的低红外发射率和优异的光热转换能力，是红外隐身与热管理的理想候选材料。但其固有的深色外观、易氧化降解等缺陷限制了其在多场景、长周期可见光-红外兼容隐身中的应用。聚四氟乙烯（ptfe）具有优异的化学惰性、超疏水性及中远红外波段的高透过性，能有效保护功能层并在光学上不产生干扰。因此，如何将mxene的低发射与光热特性与ptfe的疏水保护及光学兼容性相结合，并通过结构设计赋予材料动态自适应的可见光与红外调控能力，是一个重大挑战。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术的目的在于提供一种具有动态红外-可见光隐身、耐湿耐盐和热管理功能的致动膜材料及其制备方法和应用方法。

2、根据本技术的第一方面，提供一种具有动态红外-可见光隐身、耐湿耐盐和热管理功能的致动膜材料，所述致动膜材料为多层非对称结构，包含纳米多孔膜层、过渡金属碳/氮化物（mxene）层和聚四氟乙烯（ptfe）层；其中：所述纳米多孔膜层与所述ptfe层分别位于所述mxene层的两侧，所述ptfe层的背向所述mxene层的一侧表面涂覆有热致变色油墨层；所述致动膜材料在温度变化驱动下通过层间热应变失配产生可逆形变，从而实现红外发射率与可见光反射特性的同步调控。

3、具体地，所述纳米多孔膜层、mxene层和ptfe层之间的结构关系如下：

4、（一）叠层顺序（由外至内）：所述致动膜材料为四层复合结构，依次为：纳米多孔膜层（最外层，一侧）、mxene层（中间层）、ptfe层（另一侧基底层）、以及涂覆于ptfe层背向mxene层一侧表面的热致变色油墨层（最外功能涂层）。

5、（二）各层之间的功能与连接关系：

6、所述纳米多孔膜层位于最外层（一侧），直接复合于mxene层的外表面（与ptfe层相对的另一侧）。其功能为：提供超疏水保护（接触角≥150°）、抗盐渍残留、通过mie散射反射可见光（呈现白色或蓝色背景匹配）；同时具有高红外透过率，不干扰内部mxene层的红外调控。

7、所述mxene层位于中间层，其一侧与ptfe层的亲水改性面复合，另一侧与纳米多孔膜层复合。其功能为：提供低红外发射率（红外隐身）、优异的光热转换能力（热管理）、以及高模量约束层（与ptfe层形成热应变失配，驱动致动）。

8、所述ptfe层作为另一侧基底层，其亲水改性面与mxene层复合，其未改性面（背向mxene层的一侧）涂覆热致变色油墨。其功能为：提供高热膨胀系数（致动驱动层）、化学惰性、中远红外高透过性、以及支撑作用。

9、所述热致变色油墨层喷涂于ptfe层的背向mxene层的一侧表面，其功能为：提供可见光动态伪装（在40～50℃范围内实现由蓝色到黄色的可逆颜色切换）。

10、（三）非对称结构的核心设计要点：

11、①热应变失配驱动致动：ptfe层具有较高的热膨胀系数（约10-4/k量级），而mxene层具有较低的热膨胀系数（约10-6/k量级）。当温度变化时，两层之间产生显著的应变失配，且由于结构非对称（一侧为高膨胀的ptfe，另一侧为低膨胀的mxene+纳米多孔膜），导致材料向mxene层一侧发生可逆弯曲形变。

12、②双侧光学功能分离：在低温/弱光下，纳米多孔膜侧朝外，呈现低红外发射率+蓝色/白色外观（匹配海面/天空）；在高温/强光下，材料致动翻转，热致变色油墨侧朝外，呈现高红外发射率+黄色外观（匹配沙滩/沙土）。

13、③界面结合方式：ptfe膜和纳米多孔膜均经过单面亲水改性（聚多巴胺涂层），确保与亲水性mxene浆料之间形成牢固的界面结合；mxene层通过刮涂方式复合于ptfe膜的亲水改性面上；纳米多孔膜通过覆盖方式复合于mxene层的另一侧表面。

14、在一些实施方式中，所述纳米多孔膜为以下其中一种：ptfe膜、聚乙烯膜、尼龙膜。

15、在一些实施方式中，所述纳米多孔膜层的厚度为20～50μm，所述mxene层的厚度为40-60μm，所述ptfe层的厚度为50-70μm，所述热致变色油墨层的厚度为30-50μm，所述致动膜材料的整体厚度为140-230μm。

16、在一些实施方式中，所述热致变色油墨层包含结晶紫内酯、双酚a、十八醇微胶囊及黄色颜料，其在40～50℃范围内可实现由蓝色到黄色的可逆颜色切换。

17、在一些实施方式中，在36℃热台上，所述致动膜材料的致动角度达到150°以上。

18、根据本技术的第二方面，提供一种具有动态红外-可见光隐身、耐湿耐盐和热管理功能的致动膜材料的制备方法，其包括以下步骤：制备mxene浆料；对ptfe膜和纳米多孔膜进行单面亲水改性；在ptfe膜的一侧表面喷涂热致变色油墨；以及将所制备的mxene浆料复合于经亲水改性后的所述纳米多孔膜与所述ptfe膜之间，制备得到具有纳米多孔膜层、mxene层和ptfe层的三层非对称结构的致动膜材料。

19、在一些实施方式中，所述制备mxene浆料的步骤进一步包括：在溶解有氟化锂（lif）的浓盐酸（hcl）中，加入钛碳化铝（ti3alc2）粉末，在35～40℃温度条件下刻蚀36～48小时而制备碳化钛（ti3c2tx）（一种mxene材料）悬浮液；抽滤水洗，在5000～10000rpm下离心至ph值接近7；接着在氮气和冰浴条件下超声处理0.5～1小时，以2500～4000rpm离心0.5～1小时而获得一层或多层mxene的悬浮液。

20、在一些实施方式中，所述单面亲水改性的步骤进一步包括：将5重量份盐酸多巴胺溶解在三羟甲基氨基甲烷（tris）缓冲液中制备多巴胺缓冲溶液，ph为7～9；用所制备的缓冲溶液浸泡所述纳米多孔膜和ptfe膜12～36小时，使其单面形成亲水性聚多巴胺涂层。

21、在一些实施方式中，所述喷涂热致变色油墨的步骤进一步包括：将热致变色油墨喷涂于ptfe膜的背向mxene层的一侧表面，在常温下干燥，使干燥后的热致变色油墨层厚度达到30-50μm。

22、在一些实施方式中，所述致动膜材料的制备步骤进一步包括：使用800-2000μm刮涂器将mxene浆料沿单一方向均匀刮涂至ptfe膜的亲水改性面上，通过调节刮刀间隙和刮涂次数，使干燥后的mxene层厚度达到40-60μm；将纳米多孔膜复合至mxene层表面；在常温下干燥，获得具有纳米多孔膜层、mxene层和ptfe层的多层非对称结构的致动膜材料。

23、根据本技术的第三方面，提供一种致动膜材料的应用方法，所述致动膜材料为上述的致动膜材料，或者为通

24、步骤一：将所述致动膜材料覆盖或贴合于目标物体的外表面，并使所述纳米多孔膜层朝向外侧；

25、步骤二：当环境温度低于第一预设温度或太阳光强度低于第一预设光强时，保持所述致动膜材料处于平整铺展状态，所述纳米多孔膜层朝外呈现白色外观，同时所述mxene层提供低红外发射率，使目标物体与舰艇或低温低辐射背景在可见光与红外波段实现伪装融合；

26、步骤三：当环境温度介于第一预设温度与第二预设温度之间，或太阳光强度介于第一预设光强与第二预设光强之间时，所述致动膜材料因层间热应变失配产生部分可逆弯曲形变，使所述热致变色油墨层部分暴露，呈现第一可见光颜色（低温蓝色），同时所述致动膜材料呈现中等红外辐射强度，使目标物体与低辐照度背景实现伪装融合；

27、步骤四：当环境温度高于第二预设温度或太阳光强度高于第二预设光强时，所述致动膜材料因层间热应变失配进一步产生完全可逆弯曲形变，使所述热致变色油墨层完全暴露于外侧，且所述热致变色油墨层在温度刺激下由蓝色切换为第二可见光颜色（黄色），同时所述致动膜材料呈现高红外辐射强度，使目标物体与高辐照度背景（如沙滩）实现伪装融合。

28、本技术通过构建具有非对称层级结构的温度致动单元和双侧差异性光学涂层，实现了由层间应力失配驱动的光谱选择性调控。在低温或无强光直射场景下，材料平整铺展，呈现白色外观和低红外发射率，匹配舰艇或海面背景；在中等温度和光照下，材料部分翻转，呈现蓝色和中等红外发射率，匹配低辐照度背景；在高温和强光照场景下，材料完全翻转且油墨变色为黄色，呈现高红外发射率，匹配沙滩等高温背景。此过程同步实现了可见光与红外特征的自适应动态匹配，并兼具高效的个人热管理功能。同时，其表面优异的超疏水特性赋予了材料卓越的耐湿抗盐能力，确保了在海洋等恶劣环境中的长期稳定性。