本發明屬于新材料，涉及一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料及其制備方法和應用。
背景技術：
1、超疏水材料因其獨特的表面潤濕性，在自清潔、防冰、除霧和防腐蝕等領域展現出巨大的應用潛力。然而，傳統的超疏水材料往往僅專注于表面涂層，存在耐沖蝕性差、力學性能單一等問題，限制了其實際應用。近年來，將光熱材料與超疏水材料相結合，開發具有光熱性能的超疏水復合材料成為研究熱點。這類材料不僅具備超疏水性能，還能將光能轉化為熱能，在太陽能界面蒸發、光熱除霧、除冰等領域具有廣闊的應用前景。
2、目前，已有一些關于光熱超疏水復合材料的研究報道，現有技術cn?117304728?a、cn?118791915?a、cn?115584656?b和cn?117463994?a分別采用了表面噴涂復合溶液和表層刻蝕微納結構的方法制備光熱超疏水材料，存在制備工藝復雜、成本高、耐磨、耐沖蝕差等問題。此外，表面噴涂光熱超疏水材料的方式還存在表面噴涂層與基體材料界面結合性差，導致材料整體力學性能下降。
技術實現思路
1、為解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料及其制備方法和應用，以克服現有技術的不足。
2、本發明的一個目的通過以下技術方案來實現：
3、一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料，包括2層或2層以上的碳纖維復合材料，每層碳纖維復合材料包括：
4、碳纖維織物；
5、包覆在所述碳纖維織物表面的光熱涂層，光熱涂層中包括納米碳粉；
6、包覆在所述光熱涂層表面的疏水涂層，疏水涂層中包括聚二甲基硅氧烷和納米二氧化硅；
7、其中，每層碳纖維復合材料中的光熱涂層中的納米碳粉的含量不同，沿梯度復合材料厚度方向自上而下逐層遞減。
8、優選地，所述碳纖維復合材料的層數為2~10層；進一步優選為3~6層。
9、優選地，所述光熱涂層由包括納米碳粉、固化劑、樹脂的混合溶液a通過浸漬、預固化形成在碳纖維織物表面。
10、優選地，所述疏水涂層由包括聚二甲基硅氧烷、納米二氧化硅和有機溶劑的混合溶液b通過浸漬、固化形成在光熱涂層表面。
11、本發明的第二個目的通過以下技術方案來實現：
12、一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料的制備方法，包括以下步驟：
13、s1、將納米碳粉分散在固化劑中，然后加入樹脂，得混合液a；
14、s2、將聚二甲基硅氧烷、納米二氧化硅加入有機溶劑中，得混合液b；
15、s3、將碳纖維織物浸漬于混合液a中，取出，預固化處理得到碳纖維預浸料；
16、s4、將碳纖維預浸料浸漬于混合液b中，取出，得到一層碳纖維復合材料；
17、s5、重復步驟s1-s4至少1次，每次的步驟s1中混合液a中的納米碳粉含量不同，得到至少兩層不同納米碳粉含量的碳纖維復合材料；
18、s6、將納米碳粉含量不同的碳纖維復合材料按納米碳粉含量從低到高的順序逐層鋪設，采用真空袋膜法進行固化成型，形成梯度復合材料。
19、步驟s1中，將納米碳粉分散在固化劑中，采用超聲輔助進行分散，超聲時間為5~30min；加入樹脂后，也采用超聲輔助進行分散，超聲時間為5~30min。步驟s2中，將聚二甲基硅氧烷、納米二氧化硅加入有機溶劑中，采用超聲輔助進行分散，超聲時間為5~30min。超聲在超聲波清洗機中進行，超聲頻率為20~80khz，超聲功率為50~500w。
20、步驟s1中：
21、優選地，所述納米碳粉包括納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、納米活性炭中的一種或多種。進一步優選為納米石墨烯，所述石墨烯的厚度為0.34~10nm，片徑為100~999nm。
22、優選地，所述樹脂為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂中的一種或多種。進一步優選，所述樹脂為環氧樹脂。
23、優選地，所述納米碳粉與固化劑的質量比為0.1~10:100，進一步優選為0.5~6:100。
24、優選地，所述樹脂與固化劑的質量比為2~4:1。
25、優選地，所述納米碳粉在混合液a中含量為0.1~2wt%。
26、優選地，相鄰兩層碳纖維復合材料中，采用的混合液a中的納米碳粉含量相差0.1~1wt%。進一步優選，相鄰兩層碳纖維復合材料中，采用的混合液a中的納米碳粉含量相差0.3~0.8wt%。
27、步驟s2中：
28、所述有機溶劑為固化溫度下會揮發且能溶解聚二甲基硅氧烷的溶劑，可列舉為且乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、碳酸二甲酯、正己烷、四氫呋喃中的一種或多種。
29、優選地，聚二甲基硅氧烷和納米二氧化硅的質量比為6:1~1:1，有機溶劑的質量為聚二甲基硅氧烷和納米二氧化硅總質量的1~10倍。
30、步驟s1和s2沒有先后順序之分，可以隨意調整順序。
31、步驟s3中：
32、優選地，碳纖維織物的浸漬時間為5~20min。
33、優選地，預固化溫度為60~90℃，預固化時間為0.5~2h。
34、步驟s4中的浸漬時間為10~40min。
35、步驟s6中，固化成型的溫度為100~150℃，固化時間為1~5h。
36、本發明的第三個目的通過以下技術方案來實現：
37、一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料在以下任一中的應用：
38、a.?太陽能界面蒸發系統，用于海水淡化或污水處理，通過材料的光熱性能和表面超疏水性能實現高效太陽能驅動的水蒸發；
39、b.?光熱除冰裝置，用于飛機玻璃、風力發電機葉片等表面的防冰與除冰，通過將太陽能轉化為熱能加速冰層融化和水滴蒸發；
40、c.?自清潔表面構建，用于建筑外墻、太陽能電池板等領域，通過其表面超疏水性實現對灰塵、油污等污染物的有效排斥和去除，實現表面的自清潔。
41、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
42、1、本發明提供的梯度復合材料具有優異的光熱性能和超疏水性能，且耐久性好，能夠承受長時間雨水沖刷和紫外線照射。
43、2、本發明通過納米碳粉含量的梯度分布形成梯度復合材料，在保持光熱性能的同時，顯著提升抗沖擊吸能，解決高含量碳粉導致的韌性差問題。
44、3、本發明提供的梯度復合材料相對于均一結構，在石墨烯含量相當的情況下，可以大幅度提高光熱性能和抗沖擊性。
45、4、本發明的制備工藝無需復雜設備，原料易得，采用浸漬、超聲分散和熱壓固化等常規工藝，易于實現大規模生產，降低制備成本。
46、5、本發明制備的復合材料可應用于太陽能界面蒸發、光熱除冰除霧、自清潔表面等多個領域，具有廣闊的應用前景。
1.一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料，其特征在于，包括2層或2層以上的碳纖維復合材料，每層碳纖維復合材料包括：
2.根據權利要求1所述的梯度復合材料，其特征在于，所述碳纖維復合材料的層數為2~10層；
3.一種具有光熱和超疏水性的梯度復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述納米碳粉為納米石墨烯、碳納米管、納米炭黑、納米活性炭中的一種或多種；
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述納米碳粉與固化劑的質量比為0.1~10:100；
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，相鄰兩層碳纖維復合材料中，采用的混合液a中的納米碳粉含量相差0.1~1wt%。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，聚二甲基硅氧烷和納米二氧化硅的質量比為6:1~1:1；
8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，碳纖維織物的浸漬時間為5~20min，預固化溫度為60~90℃，預固化時間為0.5~2h。
9.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中的浸漬時間為10~40min；
10.如權利要求1所述的梯度復合材料或如權利要求3所述的制備方法制備得到的梯度復合材料在以下任一中的應用：