Els materials basats en carboni s'utilitzen àmpliament en molts camps com ara l'emmagatzematge d'energia, la ciència ambiental i la química dels materials. En les últimes dècades, molts estudiosos nacionals i estrangers han desenvolupat amb èxit una gran varietat de materials emergents basats en carboni, com ara biochar, grafè, òxid de grafè (GO), nanotubs de carboni, nanofibres de carboni, esferes de carboni, aerogels de carboni, nitrogen. -carboni dopat i nitrur de carboni en fase de grafit. L'aerogel és una mena de material sòlid nou amb estructura porosa ultrafina i baixa densitat. Des del seu naixement l'any 1931, sempre ha cridat una gran atenció. Amb el continu progrés del temps, els investigadors continuen explorant i optimitzant els mètodes de preparació de l'aerogel, des de l'aerogel de sílice inorgànic inicial desenvolupat gradualment fins a l'aerogel orgànic, i després ampliat a l'aerogel de carboni i, en conseqüència, el rang d'aplicació de l'aerogel també continua. expandir.
Els aerogels a base de carboni són un nou tipus de materials de carboni nanoporosos obtinguts per carbonització a alta temperatura en un entorn de gas inert, utilitzant aerogels orgànics com a precursors. Tenen les característiques duals tant dels aerogels com dels materials basats en carboni. A causa de la seva baixa densitat, gran superfície específica i alta porositat, l'aerogel a base de carboni s'ha utilitzat àmpliament en emmagatzematge d'energia, adsorció, sensor, blindatge electromagnètic i absorció.
Font de la imatge: Journal of Coloid and Interface Science
Classificació dels aerogels basats en carboni:
A partir de la diferència de fonts de matèries primeres, els aerogels de carboni es poden dividir aproximadament en tres categories: aerogels de carboni basats en grafit, aerogels de carboni orgànic i aerogels compostos de carboni.
Per als aerogels de carboni basats en grafit, com ara aerogels de grafè i aerogels de nanotubs de carboni, els materials de carboni-grafit es combinen directament en estructures d'aerogels tridimensionals mitjançant processos de muntatge adequats. A causa de la seva alta conductivitat elèctrica, aquests materials d'aerogel de carboni s'utilitzen àmpliament en una varietat de dispositius i sensors electrònics.
El material precursor de l'aerogel de carboni orgànic pertany a la matèria orgànica, que es transforma en material de carboni després d'un procés de carbonització a alta temperatura, i després es construeix una estructura porosa tridimensional amb l'ajuda del procés de muntatge. Aquests aerogels de carboni es poden subdividir en aerogels de carboni de biomassa i aerogels de carboni basats en polímers. A causa de les seves excel·lents propietats d'adsorció i característiques estructurals úniques, tenen un ampli potencial d'aplicació i desenvolupament en els camps de la protecció del medi ambient i l'energia.
L'aerogel compost de carboni és una tendència de desenvolupament molt important en el camp de l'aerogel basat en carboni en els darrers anys. Mitjançant la introducció de grups orgànics o polímers, es pot ajustar i controlar la relació entre components i, a continuació, es poden optimitzar els problemes dels materials d'aerogel basats en carboni d'un sol component, com ara una major fragilitat, humitat fàcil, poca flexibilitat, etc. Tot i que mantenen excel·lents propietats, els aerogels compostos de carboni aconsegueixen una complementarietat funcional entre diferents materials, la qual cosa obre un espai més ampli per a l'aplicació d'aerogels basats en carboni.
Preparació d'aerogel a base de carboni:
La preparació de l'aerogel a base de carboni sol incloure els tres passos següents: (1) solament del precursor, gelificació del sol i envelliment; ② El gel s'asseca per convertir-se en aerogel; ③ Carbonització de l'aerogel per obtenir aerogel a base de carboni. L'aerogel a base de carboni ha mostrat un bon rendiment en moltes aplicacions, però el complex procés de preparació, l'alt cost i el baix rendiment limiten la seva aplicació pràctica. Els mètodes de preparació de materials d'aerogel basats en carboni inclouen principalment el mètode sol-gel, el mètode hidrotermal, el mètode de deposició de vapor químic i el mètode de plantilla de gel.
Aplicació d'aerogel a base de carboni:
L'aerogel a base de carboni és una mena de material de carboni lleuger, porós i amorf amb estructura nanoporosa. L'aerogel a base de carboni té un valor d'aplicació important en els camps clau de l'emmagatzematge d'energia electroquímica, el catalitzador i el seu portador, la defensa nacional i la indústria militar i la protecció del medi ambient.
1.Aïllament tèrmic per a bateries calentes i supercondensadors
En equips d'emmagatzematge d'energia, la temperatura té un gran impacte en el seu rendiment i vida útil. L'aerogel es pot utilitzar com a material d'aïllament tèrmic per a bateries calentes i supercondensadors, evitant que la calor es transfereixi massa ràpidament dins de la bateria o condensador i mantenint l'estabilitat de la temperatura de funcionament de l'equip, millorant així el rendiment i la seguretat de l'equip.
2.Material que absorbeix el so
L'estructura porosa de l'aerogel fa que tingui bones propietats d'absorció del so. Quan les ones sonores es propaguen pels porus de l'aerogel, es reflectiran i es dispersen moltes vegades, de manera que l'energia sonora continuarà decaint. A les sales de concerts, estudis de gravació i altres llocs amb alts requisits d'entorn acústic, l'aerogel es pot utilitzar per fabricar panells absorbents de so, reduint eficaçment el temps de reverberació interior i millorant la claredat del so.
3. Suport del catalitzador
L'alta superfície específica de l'aerogel proporciona un gran nombre de llocs de càrrega per al catalitzador. En reaccions catalitzadores ambientals, com ara la purificació catalítica dels gasos d'escapament d'automòbils, l'oxidació catalítica de gasos residuals industrials, etc., la càrrega del catalitzador al portador d'aerogel pot millorar la dispersió i l'activitat del catalitzador, per tal de catalitzar la conversió de substàncies nocives. de manera més eficaç i reduir les emissions de contaminants.
4.Materials d'embalatge per a dispositius electrònics
Els aerogels tenen bones propietats d'aïllament elèctric i una baixa constant dielèctrica, i es poden utilitzar com a materials d'embalatge per a dispositius electrònics. En dispositius electrònics com els circuits integrats i els xips, els envasos d'aerogel poden protegir els components electrònics de factors ambientals com la humitat i la pols, mentre que la seva baixa constant dielèctrica ajuda a reduir els retards i les pèrdues durant la transmissió del senyal.
Font de la imatge: RSC Advances