Materialele pe bază de carbon sunt utilizate pe scară largă în multe domenii, cum ar fi stocarea energiei, știința mediului și chimia materialelor. În ultimele decenii, mulți savanți din țară și din străinătate au dezvoltat cu succes o varietate bogată de materiale emergente pe bază de carbon, cum ar fi biochar, grafen, oxid de grafen (GO), nanotuburi de carbon, nanofibre de carbon, sfere de carbon, aerogeluri de carbon, azot. -nitrură de carbon în fază de carbon și grafit dopată. Aerogelul este un fel de material solid nou cu structură poroasă ultra-fină și densitate scăzută. De la nașterea sa în 1931, a atras întotdeauna o atenție largă. Odată cu progresul continuu al timpului, cercetătorii continuă să exploreze și să optimizeze metodele de preparare a aerogelului, de la aerogelul de silice anorganic inițial dezvoltat treptat la aerogelul organic și apoi extins la aerogelul de carbon și, în mod corespunzător, domeniul de aplicare al aerogelului continuă să extinde.
Aerogelurile pe bază de carbon sunt un nou tip de materiale de carbon nano-poroase obținute prin carbonizare la temperatură ridicată într-un mediu cu gaz inert, folosind aerogeluri organice ca precursori. Au caracteristicile duble ale aerogelurilor și ale materialelor pe bază de carbon. Datorită densității scăzute, suprafeței specifice ridicate și porozității mari, aerogelul pe bază de carbon a fost utilizat pe scară largă în stocarea energiei, adsorbție, senzor, ecranare electromagnetică și absorbție.
Sursa imaginii: Journal of Coloid and Interface Science
Clasificarea aerogelurilor pe bază de carbon:
Pe baza diferențelor surselor de materii prime, aerogelurile de carbon pot fi împărțite aproximativ în trei categorii: aerogeluri de carbon pe bază de grafit, aerogeluri de carbon organic și aerogeluri compozite de carbon.
Pentru aerogelurile de carbon pe bază de grafit, cum ar fi aerogelurile de grafen și aerogelurile de nanotuburi de carbon, materialele grafit-carbon sunt combinate direct în structuri de aerogel tridimensionale folosind procese de asamblare adecvate. Datorită conductibilității lor electrice ridicate, aceste materiale aerogel de carbon sunt utilizate pe scară largă într-o varietate de dispozitive electronice și senzori.
Materialul precursor al aerogelului cu carbon organic aparține materiei organice, care este transformată în material de carbon după procesul de carbonizare la temperatură înaltă, iar apoi structura poroasă tridimensională este construită cu ajutorul procesului de asamblare. Aceste aerogeluri pe bază de carbon pot fi subdivizate în aerogeluri de carbon din biomasă și aerogeluri de carbon pe bază de polimeri. Datorită proprietăților lor excelente de adsorbție și caracteristicilor structurale unice, au un potențial larg de aplicare și dezvoltare în domeniile protecției mediului și energiei.
Aerogelul compozit de carbon este o tendință de dezvoltare foarte importantă în domeniul aerogelului pe bază de carbon în ultimii ani. Prin introducerea grupelor organice sau a polimerului, raportul dintre componente poate fi ajustat și controlat, iar apoi pot fi optimizate problemele materialelor aerogel pe bază de carbon cu o singură componentă, cum ar fi fragilitate mai mare, umiditate ușoară, flexibilitate slabă și așa mai departe. În timp ce păstrează proprietăți excelente, aerogelurile compozite de carbon realizează complementaritatea funcțională între diferite materiale, ceea ce deschide un spațiu mai larg pentru aplicarea aerogelurilor pe bază de carbon.
Prepararea aerogelului pe bază de carbon:
Pregătirea aerogelului pe bază de carbon include de obicei următoarele trei etape: (1) solarizare precursor, sol gelificare și îmbătrânire; ② Gelul se usucă pentru a deveni aerogel; ③ Carbonizarea aerogelului pentru a obține aerogel pe bază de carbon. Aerogelul pe bază de carbon a demonstrat performanțe bune în multe aplicații, dar procesul complex de preparare, costul ridicat și randamentul scăzut îi limitează aplicarea practică. Metodele de preparare a materialelor aerogel pe bază de carbon includ în principal metoda sol-gel, metoda hidrotermală, metoda de depunere chimică în vapori și metoda șablonului de gheață.
Aplicarea aerogelului pe bază de carbon:
Aerogelul pe bază de carbon este un fel de material de carbon ușor, poros, amorf, cu structură nanoporoasă. Aerogelul pe bază de carbon are o valoare de aplicare importantă în domeniile cheie ale stocării energiei electrochimice, catalizatorului și purtătorul acestuia, apărării naționale și industriei militare și protecției mediului.
1.Izolație termică pentru baterii fierbinți și supercondensatori
În echipamentele de stocare a energiei, temperatura are un impact mare asupra performanței și duratei de viață. Aerogelul poate fi folosit ca material termoizolant pentru bateriile fierbinți și supercondensatori, împiedicând transferul prea rapid de căldură în interiorul bateriei sau condensatorului și menținând stabilitatea temperaturii de funcționare a echipamentului, îmbunătățind astfel performanța și siguranța echipamentului.
2. Material fonoabsorbant
Structura poroasă a aerogelului îl face să aibă proprietăți bune de absorbție a sunetului. Când undele sonore se propagă în porii aerogelului, ele vor fi reflectate și împrăștiate de multe ori, astfel încât energia sonoră va continua să se degradeze. În sălile de concert, studiourile de înregistrare și alte locuri cu cerințe ridicate de mediu acustic, aerogelul poate fi utilizat pentru a fabrica panouri de absorbție a sunetului, reducând eficient timpul de reverberație din interior și îmbunătățind claritatea sunetului.
3. Suport catalizator
Suprafața specifică mare a aerogelului oferă un număr mare de locuri de încărcare pentru catalizator. În reacțiile catalitice de mediu, cum ar fi purificarea catalitică a gazelor de eșapament de automobile, oxidarea catalitică a gazelor reziduale industriale etc., încărcarea catalizatorului pe purtătorul de aerogel poate îmbunătăți dispersia și activitatea catalizatorului, astfel încât să catalizeze conversia substanțelor nocive. mai eficient și reduce emisiile de poluanți.
4.Materiale de ambalare pentru dispozitive electronice
Aerogelurile au proprietăți bune de izolare electrică și constantă dielectrică scăzută și pot fi utilizate ca materiale de ambalare pentru dispozitive electronice. În dispozitivele electronice, cum ar fi circuitele integrate și cipurile, ambalajul cu aerogel poate proteja componentele electronice de factorii de mediu, cum ar fi umiditatea și praful, în timp ce constanta sa dielectrică scăzută ajută la reducerea întârzierilor și pierderilor în timpul transmisiei semnalului.
sursa imagine:RSC Advances