Kolbaserade material används i stor utsträckning inom många områden som energilagring, miljövetenskap och materialkemi. Under de senaste decennierna har många forskare hemma och utomlands framgångsrikt utvecklat ett rikt utbud av nya kolbaserade material, såsom biokol, grafen, grafenoxid (GO), kolnanorör, kolnanofibrer, kolsfärer, kolaerogeler, kväve -dopat kol och grafitfas kolnitrid. Aerogel är ett slags nytt fast material med ultrafin porös struktur och låg densitet. Sedan dess födelse 1931 har den alltid väckt stor uppmärksamhet. Med tidens ständiga framsteg fortsätter forskare att utforska och optimera aerogelens beredningsmetoder, från den initiala oorganiska kiseldioxidaerogelen som gradvis utvecklades till organisk aerogel och sedan utvidgas till kolaerogel, och på motsvarande sätt fortsätter användningsområdet för aerogel också till expandera.
Kolbaserade aerogeler är en ny typ av nanoporösa kolmaterial som erhålls genom förkolning vid hög temperatur i en miljö med inert gas, med användning av organiska aerogeler som prekursorer. De har de dubbla egenskaperna hos både aerogeler och kolbaserade material. På grund av sin låga densitet, höga specifika ytarea och höga porositet, har kolbaserad aerogel använts i stor utsträckning inom energilagring, adsorption, sensor, elektromagnetisk avskärmning och absorption.
Bildkälla: Journal of Colloid and Interface Science
Klassificering av kolbaserade aerogeler:
Baserat på skillnaden mellan råmaterialkällor kan kolaerogeler grovt delas in i tre kategorier: grafitbaserade kolaerogeler, organiska kolaerogeler och kolkompositaerogeler.
För grafitbaserade kolaerogeler, såsom grafenaerogeler och kolnanorörsaerogeler, kombineras grafit-kolmaterial direkt till tredimensionella aerogelstrukturer med hjälp av lämpliga monteringsprocesser. På grund av sin höga elektriska ledningsförmåga används dessa kolaerogelmaterial i stor utsträckning i en mängd olika elektroniska enheter och sensorer.
Prekursormaterialet för organisk kol aerogel tillhör organiskt material, som omvandlas till kolmaterial efter högtemperaturförkolning, och sedan konstrueras tredimensionell porös struktur med hjälp av monteringsprocessen. Dessa kolbaserade aerogeler kan delas in i biomassa-kolaerogeler och polymerbaserade kolaerogeler. På grund av deras utmärkta adsorptionsegenskaper och unika strukturella egenskaper har de en bred användnings- och utvecklingspotential inom områdena miljöskydd och energi.
Kolkomposit aerogel är en mycket viktig utvecklingstrend inom kolbaserat aerogelfält de senaste åren. Genom att införa organiska grupper eller polymer kan förhållandet mellan komponenter justeras och kontrolleras, och sedan kan problemen med enkomponents kolbaserade aerogelmaterial såsom större sprödhet, lätt fukt, dålig flexibilitet och så vidare optimeras. Samtidigt som de bibehåller utmärkta egenskaper, uppnår kolkompositaerogeler funktionell komplementaritet mellan olika material, vilket öppnar upp ett bredare utrymme för användning av kolbaserade aerogeler.
Beredning av kolbaserad aerogel:
Framställningen av kolbaserad aerogel inkluderar vanligtvis följande tre steg: (1) solering av prekursorer, solgelning och åldring; ② Gelen torkar för att bli aerogel; ③ Karbonisering av aerogel för att erhålla kolbaserad aerogel. Kolbaserad aerogel har visat bra prestanda i många applikationer, men den komplexa beredningsprocessen, höga kostnaderna och låga utbytet begränsar dess praktiska tillämpning. Beredningsmetoderna för kolbaserade aerogelmaterial inkluderar huvudsakligen sol-gel-metoden, hydrotermisk metod, kemisk ångavsättningsmetod och ismallmetoden.
Användning av kolbaserad aerogel:
Kolbaserad aerogel är ett slags lätt, poröst, amorft kolmaterial med nanoporös struktur. Kolbaserad aerogel har ett viktigt tillämpningsvärde inom nyckelområdena elektrokemisk energilagring, katalysator och dess bärare, nationellt försvar och militär industri och miljöskydd.
1.Värmeisolering för heta batterier och superkondensatorer
I energilagringsutrustning har temperaturen stor inverkan på dess prestanda och livslängd. Aerogel kan användas som ett värmeisoleringsmaterial för heta batterier och superkondensatorer, vilket förhindrar att värme överförs för snabbt inuti batteriet eller kondensatorn, och bibehåller stabiliteten hos utrustningens driftstemperatur, vilket förbättrar utrustningens prestanda och säkerhet.
2. Ljudabsorberande material
Aerogelens porösa struktur gör att den har goda ljudabsorberande egenskaper. När ljudvågor utbreder sig i porerna på aerogel kommer de att reflekteras och spridas många gånger, så att ljudenergin fortsätter att avta. I konsertsalar, inspelningsstudior och andra platser med höga krav på akustisk miljö kan aerogel användas för att tillverka ljudabsorberande paneler, vilket effektivt minskar efterklangstiden inomhus och förbättrar ljudets klarhet.
3. Katalysatorstöd
Aerogelens höga specifika yta ger ett stort antal laddningsställen för katalysator. I miljökatalytiska reaktioner, såsom katalytisk rening av bilavgaser, katalytisk oxidation av industriell avfallsgas, etc., kan lastning av katalysatorn på aerogelbäraren förbättra katalysatorns spridning och aktivitet, för att katalysera omvandlingen av skadliga ämnen mer effektivt och minska utsläppen av föroreningar.
4. Förpackningsmaterial för elektroniska enheter
Aerogeler har goda elektriska isoleringsegenskaper och låg dielektricitetskonstant och kan användas som förpackningsmaterial för elektroniska enheter. I elektroniska enheter som integrerade kretsar och chips kan aerogelförpackningar skydda elektroniska komponenter från miljöfaktorer som fukt och damm, medan dess låga dielektriska konstant hjälper till att minska förseningar och förluster under signalöverföring.
bildkälla:RSC Advances