Hiilipohjaisia materiaaleja käytetään laajasti monilla aloilla, kuten energian varastoinnissa, ympäristötieteessä ja materiaalikemiassa. Muutaman viime vuosikymmenen aikana monet tutkijat kotimaassa ja ulkomailla ovat menestyksekkäästi kehittäneet runsaasti erilaisia uusia hiilipohjaisia materiaaleja, kuten biohiiltä, grafeenia, grafeenioksidia (GO), hiilinanoputkia, hiilinanokuituja, hiilipalloja, hiiliaerogeelejä, typpeä. -seostettu hiili ja grafiittifaasi hiilinitridi. Airgel on eräänlainen uusi kiinteä materiaali, jolla on erittäin hieno huokoinen rakenne ja pieni tiheys. Syntymisestään vuonna 1931 lähtien se on aina herättänyt laajaa huomiota. Ajan edetessä tutkijat jatkavat aerogeelin valmistusmenetelmien tutkimista ja optimointia alkuperäisestä epäorgaanisesta silikaaerogeelistä, joka kehitettiin vähitellen orgaaniseksi aerogeeliksi ja laajennettiin sitten hiiliaerogeeliksi, ja vastaavasti aerogeelin käyttöalue jatkuu myös laajentaa.
Hiilipohjaiset aerogeelit ovat uudentyyppisiä nanohuokoisia hiilimateriaaleja, joita saadaan karbonoimalla korkeassa lämpötilassa inertissä kaasuympäristössä käyttämällä orgaanisia aerogeelejä esiasteena. Niillä on sekä aerogeelien että hiilipohjaisten materiaalien kaksoisominaisuudet. Pienen tiheyden, suuren ominaispinta-alan ja suuren huokoisuutensa ansiosta hiilipohjaista aerogeeliä on käytetty laajalti energian varastoinnissa, adsorptiossa, anturissa, sähkömagneettisessa suojauksessa ja absorptiossa.
Kuvan lähde: Journal of Colloid and Interface Science
Hiilipohjaisten aerogeelien luokitus:
Raaka-ainelähteiden eron perusteella hiiliaerogeelit voidaan jakaa karkeasti kolmeen kategoriaan: grafiittipohjaiset hiiliaerogeelit, orgaanisen hiilen aerogeelit ja hiilikomposiittiaerogeelit.
Grafiittipohjaisissa hiiliaerogeeleissä, kuten grafeeniaerogeeleissä ja hiilinanoputkiaerogeeleissä, grafiitti-hiilimateriaalit yhdistetään suoraan kolmiulotteisiksi aerogeelirakenteiksi sopivia kokoonpanoprosesseja käyttäen. Korkean sähkönjohtavuutensa vuoksi näitä hiiliaerogeelimateriaaleja käytetään laajalti erilaisissa elektronisissa laitteissa ja antureissa.
Orgaanisen hiilen aerogeelin esiastemateriaali kuuluu orgaaniseen aineeseen, joka muuttuu hiilimateriaaliksi korkean lämpötilan hiiltymisprosessin jälkeen, minkä jälkeen kokoonpanoprosessin avulla rakennetaan kolmiulotteinen huokoinen rakenne. Nämä hiilipohjaiset aerogeelit voidaan jakaa biomassahiiliaerogeeleihin ja polymeeripohjaisiin hiiliaerogeeleihin. Erinomaisten adsorptioominaisuuksiensa ja ainutlaatuisten rakenteellisten ominaisuuksiensa ansiosta niillä on laaja käyttö- ja kehityspotentiaali ympäristönsuojelun ja energian aloilla.
Hiilikomposiittiairgeeli on erittäin tärkeä kehitystrendi hiilipohjaisella aerogeelialalla viime vuosina. Orgaanisia ryhmiä tai polymeeriä ottamalla käyttöön komponenttien välistä suhdetta voidaan säätää ja kontrolloida, ja sitten voidaan optimoida yksikomponenttisten hiilipohjaisten aerogeelimateriaalien ongelmia, kuten suurempi hauraus, helppo kosteus, huono joustavuus ja niin edelleen. Erinomaiset ominaisuudet säilyttäen hiilikomposiittiaerogeelit saavuttavat toiminnallisen täydentävyyden eri materiaalien välillä, mikä avaa laajemman tilan hiilipohjaisten aerogeelien sovellukselle.
Hiilipohjaisen aerogeelin valmistus:
Hiilipohjaisen aerogeelin valmistus sisältää tavallisesti seuraavat kolme vaihetta: (1) prekursorin eristäminen, sooligeeliytyminen ja vanhentaminen; ② Geeli kuivuu aerogeeliksi; ③ Aerogeelin karbonointi hiilipohjaisen aerogeelin saamiseksi. Hiilipohjainen aerogeeli on osoittanut hyvää suorituskykyä monissa sovelluksissa, mutta monimutkainen valmistusprosessi, korkeat kustannukset ja alhainen saanto rajoittavat sen käytännön käyttöä. Hiilipohjaisten aerogeelimateriaalien valmistusmenetelmiä ovat pääasiassa sooli-geelimenetelmä, hydroterminen menetelmä, kemiallinen höyrypinnoitusmenetelmä ja jäämallimenetelmä.
Hiilipohjaisen aerogeelin käyttö:
Hiilipohjainen aerogeeli on eräänlainen kevyt, huokoinen, amorfinen hiilimateriaali, jolla on nanohuokoinen rakenne. Hiilipohjaisella aerogeelillä on tärkeä sovellusarvo sähkökemiallisen energian varastoinnin, katalyytin ja sen kantajan, maanpuolustuksen ja sotateollisuuden sekä ympäristönsuojelun avainaloilla.
1. Kuumien akkujen ja superkondensaattorien lämpöeristys
Energian varastointilaitteissa lämpötilalla on suuri vaikutus niiden suorituskykyyn ja käyttöikään. Airgeeliä voidaan käyttää kuumien akkujen ja superkondensaattorien lämmöneristysmateriaalina, joka estää lämmön siirtymisen liian nopeasti akun tai kondensaattorin sisällä ja ylläpitää laitteen käyttölämpötilan vakautta ja parantaa siten laitteen suorituskykyä ja turvallisuutta.
2. Ääntä vaimentava materiaali
Airgeelin huokoisen rakenteen ansiosta sillä on hyvät äänenvaimennusominaisuudet. Kun ääniaallot etenevät aerogeelin huokosissa, ne heijastuvat ja siroavat useita kertoja, jolloin äänienergia jatkaa heikkenemistä. Konserttisaleissa, äänitysstudioissa ja muissa paikoissa, joissa akustisen ympäristön vaatimukset ovat korkeat, airgeeliä voidaan käyttää ääntä vaimentavien paneelien valmistukseen, mikä vähentää tehokkaasti sisätilojen jälkikaiunta-aikaa ja parantaa äänen selkeyttä.
3.Katalysaattorituki
Airgeelin suuri ominaispinta-ala tarjoaa suuren määrän latauspaikkoja katalyytille. Ympäristön katalyyttisissä reaktioissa, kuten autojen pakokaasujen katalyyttisessä puhdistuksessa, teollisuuden jätekaasun katalyyttisessä hapetuksessa jne., katalyytin lataaminen airgeelin kantajalle voi parantaa katalyytin hajoamista ja aktiivisuutta, jotta se katalysoi haitallisten aineiden konversiota. tehokkaammin ja vähentää saastepäästöjä.
4. Elektronisten laitteiden pakkausmateriaalit
Aerogeeleillä on hyvät sähköeristysominaisuudet ja alhainen dielektrisyysvakio, ja niitä voidaan käyttää elektronisten laitteiden pakkausmateriaaleina. Elektronisissa laitteissa, kuten integroiduissa piireissä ja siruissa, aerogeelipakkaus voi suojata elektronisia komponentteja ympäristötekijöiltä, kuten kosteudelta ja pölyltä, kun taas sen alhainen dielektrisyysvakio auttaa vähentämään viiveitä ja häviöitä signaalin lähetyksen aikana.
kuvan lähde: RSC Advances