具体技术细节
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料及其制备方法，其中通过对复合材料的微观结构进行改进，同时配合对制备方法的整体工艺流程进行相应设计，通过在第一级孔结构(由前驱体模板复制得到)中引入具有次一级孔结构的压电聚合物气凝胶组分，如此得到的复合材料具备多级孔结构，同时，压电聚合物气凝胶还将引入额外的声电转换能量损耗机制，多方面配合作用使得本发明得到的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料，对宽频范围内的噪声有优异的吸收效果(即，对频率为250Hz到6400Hz的声波有较好的整体吸收效果)，且兼具轻质高强和疏水隔热的特性，使其可广泛应用于交通、工业和建筑等领域的吸声降噪。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006] (1)将陶瓷原料粉末和添加剂一同加入到溶剂中混合均匀，得到陶瓷浆料；其中，所述添加剂同时包括增稠剂、粘结剂、分散剂和消泡剂；
[0007] (2)以多孔聚合物作为前驱体模板，将其浸没于步骤(1)所得到的陶瓷浆料中，充分浸润后挤压出多余的浆料，使前驱体模板的网状骨架表面挂载上陶瓷浆料，随后进行干燥，得到生坯；
[0008] (3)将步骤(2)得到的生坯进行阶梯式升温烧结，先除去模板材料后烧结得到多孔陶瓷基体；
[0009] (4)将压电高分子材料加入到有机溶剂中，搅拌溶解均匀，得到均质溶液；
[0010] (5)将步骤(4)得到的溶液灌注到步骤(3)得到的多孔陶瓷基体中，充分浸润使溶液完全填充多孔陶瓷的孔隙，然后冷冻铸造；
[0011] (6)将步骤(5)得到的冷冻体进行冷冻干燥获得气凝胶结构，冷冻干燥结束后淬火，即可得到用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料。
[0012] 作为本发明的进一步优选，步骤(1)中，所述陶瓷原料粉末选自氧化锆、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硼和氮化硼粉末中的一种；
[0013] 所述溶剂为水或乙醇；
[0014] 所述增稠剂与所述溶剂的质量之比为(0.2‑1.0wt％)：1，
[0015] 所述粘结剂与所述溶剂的质量之比为(0.2‑1.5wt％)：1；
[0016] 所述分散剂与所述溶剂的质量之比为(0.3‑1.0wt％)：1；
[0017] 所述消泡剂与所述溶剂的质量之比为(0.1‑0.3wt％)：1；
[0018] 步骤(1)得到的所述陶瓷浆料的固含量为60‑80wt％。
[0019] 作为本发明的进一步优选，步骤(2)中，所述多孔聚合物的材料选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和纤维素中的至少一种；
[0020] 所述多孔聚合物预先经过了前处理，以提高表面粗糙度并除去网络间膜；优选的，所述前处理采用碱液浸泡方法；具体是将多孔聚合物浸泡到质量分数为10～20wt％的氢氧化钠溶液中，在40～80℃的温度下浸泡4～8h，实现前处理；
[0021] 所述多孔聚合物的孔隙率为30PPI至80PPI，优选为30PPI、35PPI、40PPI、45PPI、50PPI、60PPI或80PPI。
[0022] 作为本发明的进一步优选，步骤(2)中，所述挤压的方式选自平板按压、辊压，所述挤压的次数为2～6次；
[0023] 所述干燥具体是先在室温下干燥12～24h，然后在60～90℃下干燥6～12h。
[0024] 作为本发明的进一步优选，步骤(3)中，所述阶梯式升温烧结具体是先在T1温度下保温，除去溶剂；然后再升至T2温度下保温，除去模板材料；接着再升至T3温度下保温，以彻底除去添加剂；然后，再升至T4温度下保温，从而烧结得到多孔陶瓷基体；
[0025] 其中，T1为100℃以上，T2大于等于模板材料的分解温度，T3的温度大于等于增稠剂、粘结剂、分散剂、消泡剂这四者分解温度的最大值，T4大于等于陶瓷原料粉末的烧结温度。
[0026] 作为本发明的进一步优选，步骤(4)中，所述压电高分子材料选自：聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯与三氟乙烯的共聚物，聚偏氟乙烯与四氟乙烯的共聚物，聚偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物；
[0027] 所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺和N‑甲基吡咯烷酮中的至少一种；
[0028] 所述搅拌是在加热状态下进行的，优选温度为50～70℃，搅拌时长大于4h。
[0029] 作为本发明的进一步优选，步骤(5)中，所述冷冻铸造是使用‑196～‑20℃的低温冷冻源，冷冻处理5min～12h。
[0030] 作为本发明的进一步优选，步骤(6)中，所述冷冻干燥是在温度为‑70～‑50℃、且真空度≤40Pa的条件下冷冻干燥2～5天；
[0031] 所述淬火是先在120～170℃的温度下保温处理1～8h，然后冷却；
[0032] 其中，冷却方式具体是采用空气冷却、常温水冷却、冰水冷却和液氮冷却中的一种；
[0033] 并且，当冷却方式为常温水冷却和冰水冷却时，冷却后还经过了干燥处理。
[0034] 按照本发明的另一方面，本发明提供了利用上述制备方法得到的用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料。
[0035] 按照本发明的又一方面，本发明提供了上述用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料在吸收频率为250Hz到6400Hz的声波中的应用；
[0036] 优选的，声波频率为856～6400Hz，吸声系数达到0.8以上。
[0037] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明先采用模板复制法制备得到多孔陶瓷(其中的孔即第一级孔结构)，再通过在多孔陶瓷基体的孔隙中利用冷冻干燥方法形成压电聚合物气凝胶(其中的孔即为次一级孔结构)，如此得到的复合材料具备多级孔结构，同时，压电聚合物气凝胶还将引入额外的声电能量转换损耗机制，多方面配合作用使得本发明得到的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料，对宽频范围内的噪声有优异的吸收效果，同时具有良好的抗压强度、隔热性能和疏水性能等，可用于广泛的吸声降噪应用。
[0038] 具体说来，本发明能够取得以下有益效果：
[0039] (1)本发明提供的制备方法，利用模板复制法制备多孔陶瓷，获得的多孔陶瓷具有多孔结构(其中的孔即第一级孔结构)。本发明可优选使用孔隙率为30PPI至80PPI(PPI即Pores Per Inch)的多孔聚合物为模板，具有较高的孔隙率和均匀的孔径，并且，可优选配合碱液浸泡的前处理，进一步优化模板的孔结构细节(碱液浸泡的前处理，一方面既能提高模板的表面粗糙度，另一方面又能够去除一些网络间膜，使孔隙之间进一步连通)；基于模板复制法制备得到的多孔陶瓷具有高度连通孔结构，有利于声波入射到材料内部而不至于被反射掉较多声波。相比于其他制备方法(如发泡法)，本发明方法可通过调整多孔聚合物模板的孔隙率来控制多孔陶瓷的孔结构，具有孔径可调和简单快速的优点。
[0040] (2)本发明提供的制备方法，通过冷冻干燥的方法在多孔陶瓷基体的孔隙中形成压电聚合物气凝胶作为次级多孔结构，获得的气凝胶具有高孔隙率和较小的孔径，增大了材料内部的比表面积，从而增强了声波与材料的反射和摩擦作用，提高了声能的粘热损耗。同时，压电聚合物气凝胶在声波激励下产生的微弱振动，可基于局部压电效应将部分振动机械能转化为电能，实现对声波的进一步消耗。因此，本发明制备的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料整体具有优异的宽频吸声性能，如后文图3所示，本发明方法得到的复合材料对频率为250Hz到6400Hz的声波，均具有好的吸声效果；尤其是当声波频率为856Hz到
6400Hz时，吸声系数达0.8以上。
[0041] (3)本发明提供的制备方法，获得的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料还兼具低密度、高强度、耐温隔热和疏水等特性，使其具备在复杂恶劣工况条件下保持结构和性能稳定性的能力，具有广阔的应用前景。
[0042] (4)本发明通过结构和工艺设计，创新性地将多孔陶瓷和压电聚合物气凝胶进行有益结合。为了使压电聚合物气凝胶与多孔陶瓷之间实现更充分的嵌合，本发明选用模板法并以多孔聚合物为模板制备出的具有高开口孔隙率的多孔陶瓷可以使聚合物溶液轻易快速地填充满多孔陶瓷的孔隙，避免了其他制备方法(如发泡法)所得到的具有较多闭孔结构的多孔陶瓷对聚合物填充产生的不利影响。其次，本发明是在多孔陶瓷基体中填充压电聚合物气凝胶，这种气凝胶结构具有较大孔径和较低密度，有利于声波的传递和增强声波激励下气凝胶的振动作用，提高了声热和声电转换效益。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权2项，从权-2项
1.一种用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将陶瓷原料粉末和添加剂一同加入到溶剂中混合均匀，得到陶瓷浆料；其中，所述添加剂同时包括增稠剂、粘结剂、分散剂和消泡剂；
(2)以多孔聚合物作为前驱体模板，将其浸没于步骤(1)所得到的陶瓷浆料中，充分浸润后挤压出多余的浆料，使前驱体模板的网状骨架表面挂载上陶瓷浆料，随后进行干燥，得到生坯；
(3)将步骤(2)得到的生坯进行阶梯式升温烧结，先除去模板材料后烧结得到多孔陶瓷基体；
(4)将压电高分子材料加入到有机溶剂中，搅拌溶解均匀，得到均质溶液；
(5)将步骤(4)得到的溶液灌注到步骤(3)得到的多孔陶瓷基体中，充分浸润使溶液完全填充多孔陶瓷的孔隙，然后冷冻铸造；
(6)将步骤(5)得到的冷冻体进行冷冻干燥获得气凝胶结构，冷冻干燥结束后淬火，即可得到用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料。
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述陶瓷原料粉末选自氧化锆、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硼和氮化硼粉末中的一种；
所述溶剂为水或乙醇；
所述增稠剂与所述溶剂的质量之比为(0.2‑1.0wt％)：1，
所述粘结剂与所述溶剂的质量之比为(0.2‑1.5wt％)：1；
所述分散剂与所述溶剂的质量之比为(0.3‑1.0wt％)：1；
所述消泡剂与所述溶剂的质量之比为(0.1‑0.3wt％)：1；
步骤(1)得到的所述陶瓷浆料的固含量为60‑80wt％。
3.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述多孔聚合物的材料选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和纤维素中的至少一种；
所述多孔聚合物预先经过了前处理，以提高表面粗糙度并除去网络间膜；优选的，所述前处理采用碱液浸泡方法；具体是将多孔聚合物浸泡到质量分数为10～20wt％的氢氧化钠溶液中，在40～80℃的温度下浸泡4～8h，实现前处理；
所述多孔聚合物的孔隙率为30PPI至80PPI，优选为30PPI、35PPI、40PPI、45PPI、50PPI、
60PPI或80PPI。
4.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述挤压的方式选自平板按压、辊压，所述挤压的次数为2～6次；
所述干燥具体是先在室温下干燥12～24h，然后在60～90℃下干燥6～12h。
5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阶梯式升温烧结具体是先在T1温度下保温，除去溶剂；然后再升至T2温度下保温，除去模板材料；接着再升至T3温度下保温，以彻底除去添加剂；然后，再升至T4温度下保温，从而烧结得到多孔陶瓷基体；
其中，T1为100℃以上，T2大于等于模板材料的分解温度，T3的温度大于等于增稠剂、粘结剂、分散剂、消泡剂这四者分解温度的最大值，T4大于等于陶瓷原料粉末的烧结温度。
6.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述压电高分子材料选自：聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯与三氟乙烯的共聚物，聚偏氟乙烯与四氟乙烯的共聚物，聚偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物；
所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺和N‑甲基吡咯烷酮中的至少一种；
所述搅拌是在加热状态下进行的，优选温度为50～70℃，搅拌时长大于4h。
7.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述冷冻铸造是使用‑196～‑
20℃的低温冷冻源，冷冻处理5min～12h。
8.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述冷冻干燥是在温度为‑70～‑50℃、且真空度≤40Pa的条件下冷冻干燥2～5天；
所述淬火是先在120～170℃的温度下保温处理1～8h，然后冷却；
其中，冷却方式具体是采用空气冷却、常温水冷却、冰水冷却和液氮冷却中的一种；
并且，当冷却方式为常温水冷却和冰水冷却时，冷却后还经过了干燥处理。
9.利用如权利要求1－8任意一项所述制备方法得到的用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料。
10.如权利要求9所述用于吸声降噪的多孔陶瓷/压电聚合物气凝胶复合材料在吸收频率为250Hz到6400Hz的声波中的应用；
优选的，声波频率为856～6400Hz，吸声系数达到0.8以上。
