[发明专利]一种轻量化强韧层状复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种轻量化强韧层状复合材料，其特征在于，所述层状复合材料在厚度方向上具有类贝壳的有机、无机复合层状结构；所述有机复合层状结构为A/B层，通过旋涂方法获得，将A分散液和B水溶液的混合液通过旋涂的方式在玻璃片表面获得一层A/B层，然后烘干；所述A为氧化石墨烯、碳纳米管中的任意一种，所述B为聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的任意一种；所述无机复合层状结构为Al₂O₃层，通过表面捞膜方法获得，所述Al₂O₃为经过3-氨丙基三乙氧基硅烷ATES修饰的Al₂O₃；所述A/B层以及Al₂O₃层通过层层自组装方法，获得轻量化强韧层状复合材料；所述单层A/B层的厚度为3-5μm；所述A/B层中，原料氧化石墨烯厚度为0.6-0.7nm，直径为200-600nm，原料碳纳米管直径1-2nm，长度5-30μm，原料聚乙烯醇的平均分子量为146000-186000，原料羧甲基纤维素的平均分子量为250000；所述Al₂O₃层，原料无机微米片Al₂O₃厚度为200-500nm，直径为5-12μm。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化强韧层状复合材料，其特征在于，所述A/B层中A所占的比重是5%-10%。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化强韧层状复合材料，其特征在于，所述层状复合材料中，Al₂O₃比重占28-32wt%。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种轻量化强韧层状复合材料，其特征在于，所述层状复合材料的拉伸强度为130-230MPa，模量为6.5-16.5Gpa，断裂韧性为6.5-15.8MJ/m3，伸长率5-15%。

5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种轻量化强韧层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤如下：

1）将A溶解于去离子水中，搅拌分散，制备2-4mg/mL浓度的A分散液；将B溶解于去离子水中，搅拌分散，制备得到质量分数为1-4%的B水溶液；

2）将上述A分散液和B水溶液混合，得到混合液，A的质量分数为A与B质量总和的5-10%；

3）将上述A/B混合液通过旋涂的方式在玻璃片表面获得一层A/B层，然后将A/B层烘干；

4）将体积分数1-2%的3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰后的Al₂O₃乙醇分散液分散到水表面，Al₂O₃会在水的表面平铺，并通过超声均匀分散Al₂O₃薄膜；通过表面捞膜的方法在上述A/B层表面覆盖一层Al₂O₃层，然后烘干；

5）重复上述步骤3）、4），以此为一个循环，通过改变循环次数改变层状复合材料的厚度，获得轻量化强韧层状复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化强韧层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中的循环次数应当≥8。

7.根据权利要求5所述的一种轻量化强韧层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中旋涂速度为600 -650 rpm；所述步骤4）超声频率30-40KHz ，时间25-30 min。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种轻量化强韧层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）、4）中的烘干是指在40-45℃的烘箱里干燥5-7分钟。

9.根据权利要求5-7任意一项所述的一种轻量化强韧层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4）表面捞膜具体操作方法为：用镊子夹住表面覆盖A/B层的玻璃片的一端，在尽量不扰动表面Al₂O₃层的条件下，将玻璃片竖直方向插入水内部，然后轻轻的将玻璃片接近水平方向捞起，使得水面上的Al₂O₃层均匀的转移到玻璃片表面上。