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1、碳泡沫是一種多孔海綿狀的輕質(zhì)固態(tài)碳材料,它以碳原子為骨架,碳原子間相互堆積而成。碳泡沫有許多特性,如高溫耐受性,熱導(dǎo)可調(diào)性,電導(dǎo)可調(diào)性,以及較大的比表面積和開(kāi)孔結(jié)構(gòu)等,這使得它在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,如熱管理、微波吸收、超級(jí)電容器、航空航天領(lǐng)域、催化劑載體以及各類(lèi)電極應(yīng)用等。 本論文探討了碳泡沫的各種制備方法,其中包括發(fā)泡法、硬模板法和軟模板法制備碳泡沫,并用紅外、熱重分析、SEM、BET、XRD等手段進(jìn)行了表征。
2、 發(fā)泡法制備碳泡沫中,本論文采用酚醛樹(shù)脂為碳源,通過(guò)發(fā)泡劑發(fā)泡法、超聲發(fā)泡法,使體系發(fā)泡,加入固化劑固化,得到的碳泡沫前驅(qū)體程序升溫碳化,得到碳泡沫,同時(shí)采用市售酚醛泡沫碳化得到碳泡沫,分別制得孔徑在50一100,100—200,100—130gm,比表面積在591,516,297m2/g的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)碳泡沫,并探討了發(fā)泡法合成碳泡沫過(guò)程中泡沫孔洞的形成機(jī)理,認(rèn)為碳泡沫的孔洞結(jié)構(gòu)形成于前驅(qū)體為流體時(shí)發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡孔。發(fā)泡法制得的碳泡沫孔洞光
3、滑,孔徑均勻,為微米級(jí)開(kāi)孔碳泡沫的應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。 硬模板法制備碳泡沫方法中,采用硅溶膠為模板,酚醛樹(shù)脂為碳源,充分?jǐn)嚢璧玫骄鶆虻幕旌象w系,加入固化劑使之固化,程序升溫碳化此前驅(qū)體系得到碳泡沫,并用紅外、SEM、BET、XRD等手段進(jìn)行表征。研究了溶劑相、固化方式、固化劑用量、乙醇作為有機(jī)相、丙酮作為有機(jī)相、表面活性劑、以及有機(jī)相與水相比例的改變對(duì)所得碳泡沫結(jié)構(gòu)的影響,并討論了各級(jí)孔洞的形成原因。制備得到的碳泡沫的比表面積在
4、300—700 m2/g之間,孔洞呈多級(jí)孔分布,微孔在4nm或10—15nm范圍,大孔在5—20μm范圍。碳泡沫中的大孔來(lái)源于水在固化過(guò)程中因揮發(fā)而留下的孔洞,微孔來(lái)源于硅溶膠模板被移除所留下的孔洞結(jié)構(gòu)。硬模板法為多級(jí)孔材料的制備和應(yīng)用研究打下了基礎(chǔ)。 軟模板法制備碳泡沫中,包括乳液模板法和表面活性劑模板法制備碳泡沫,用SEM、BET、TEM等手段對(duì)所得的碳泡沫材料進(jìn)行了表征,并對(duì)兩種不同軟模板法所得到的碳泡沫中不同的孔洞的形成
5、原因進(jìn)行了探討。在乳液模板法制備中,采用酚醛樹(shù)脂/液體石蠟/表面活性劑體系制備乳液,加入固化劑使酚醛樹(shù)脂聚合固化后,浸泡并洗滌,得到碳泡沫的前驅(qū)體,將前驅(qū)體碳化后得到比表面積約為700m2/g,孔徑分布范圍在2—3岬以及0.5—1μm之間的均勻開(kāi)孔結(jié)構(gòu)碳泡沫。乳液模板法制備的碳泡沫中的大孔結(jié)構(gòu)來(lái)源于乳液體系中的油相液滴,在固化后被移除所留下的孔洞結(jié)構(gòu);而微孔結(jié)構(gòu)來(lái)源于體系中的表面活性劑自組裝形成微小液滴,在固化洗滌后被移除所留下的孔洞結(jié)
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