Materiali na osnovi ogljika se pogosto uporabljajo na številnih področjih, kot so shranjevanje energije, znanost o okolju in kemija materialov. V zadnjih nekaj desetletjih so številni znanstveniki doma in v tujini uspešno razvili bogato paleto nastajajočih materialov na osnovi ogljika, kot so biooglje, grafen, grafenov oksid (GO), ogljikove nanocevke, ogljikova nanovlakna, ogljikove krogle, ogljikovi aerogeli, dušik -dopiranega ogljika in grafitne faze ogljikovega nitrida. Aerogel je neke vrste nov trden material z ultra fino porozno strukturo in nizko gostoto. Od svojega rojstva leta 1931 je vedno pritegnil široko pozornost. Z nenehnim napredovanjem časa raziskovalci še naprej raziskujejo in optimizirajo metode priprave aerogela, od začetnega anorganskega aerogela iz silicijevega dioksida, ki se je postopoma razvil v organski aerogel in nato razširil na ogljikov aerogel, zato se obseg uporabe aerogela prav tako nadaljuje. razširiti.
Aerogeli na osnovi ogljika so nova vrsta nanoporoznih ogljikovih materialov, pridobljenih s karbonizacijo pri visoki temperaturi v okolju inertnega plina z uporabo organskih aerogelov kot prekurzorjev. Imajo dvojne značilnosti tako aerogelov kot materialov na osnovi ogljika. Zaradi nizke gostote, visoke specifične površine in visoke poroznosti se aerogel na osnovi ogljika pogosto uporablja pri shranjevanju energije, adsorpciji, senzorju, elektromagnetni zaščiti in absorpciji.
Vir slike: Journal of Colloid and Interface Science
Razvrstitev aerogelov na osnovi ogljika:
Glede na različne vire surovin lahko ogljikove aerogele grobo razdelimo v tri kategorije: ogljikove aerogele na osnovi grafita, organske ogljikove aerogele in ogljikove kompozitne aerogele.
Pri ogljikovih aerogelih na osnovi grafita, kot so grafenski aerogeli in aerogeli iz ogljikovih nanocevk, se materiali grafit-ogljikov neposredno združijo v tridimenzionalne strukture aerogelov z uporabo ustreznih postopkov sestavljanja. Zaradi svoje visoke električne prevodnosti se ti ogljikovi aerogelni materiali pogosto uporabljajo v različnih elektronskih napravah in senzorjih.
Predhodni material organskega ogljikovega aerogela pripada organski snovi, ki se po procesu karbonizacije pri visoki temperaturi pretvori v ogljikov material, nato pa se s pomočjo postopka sestavljanja zgradi tridimenzionalna porozna struktura. Te aerogele na osnovi ogljika lahko razdelimo na ogljikove aerogele iz biomase in ogljikove aerogele na osnovi polimerov. Zaradi odličnih adsorpcijskih lastnosti in edinstvenih strukturnih značilnosti imajo široke možnosti uporabe in razvoja na področju varstva okolja in energetike.
Ogljikov kompozitni aerogel je v zadnjih letih zelo pomemben razvojni trend na področju aerogelov na osnovi ogljika. Z uvedbo organskih skupin ali polimera je mogoče prilagoditi in nadzorovati razmerje med komponentami, nato pa je mogoče optimizirati težave enokomponentnih aerogelnih materialov na osnovi ogljika, kot so večja krhkost, lahka vlaga, slaba prožnost in tako naprej. Ogljikovi kompozitni aerogeli ob ohranjanju odličnih lastnosti dosegajo funkcionalno komplementarnost med različnimi materiali, kar odpira širši prostor za uporabo ogljikovih aerogelov.
Priprava aerogela na osnovi ogljika:
Priprava aerogela na osnovi ogljika običajno vključuje naslednje tri korake: (1) soliranje prekurzorja, sol geliranje in staranje; ② Gel se posuši in postane aerogel; ③ Karbonizacija aerogela za pridobitev aerogela na osnovi ogljika. Aerogel na osnovi ogljika je pokazal dobre rezultate v številnih aplikacijah, vendar zapleten postopek priprave, visoki stroški in nizek izkoristek omejujejo njegovo praktično uporabo. Metode priprave aerogelnih materialov na osnovi ogljika vključujejo predvsem sol-gel metodo, hidrotermalno metodo, metodo kemičnega naparjevanja in metodo ledene šablone.
Uporaba aerogela na osnovi ogljika:
Aerogel na osnovi ogljika je nekakšen lahek, porozen, amorfen ogljikov material z nanoporozno strukturo. Aerogel na osnovi ogljika ima pomembno uporabno vrednost na ključnih področjih elektrokemijskega shranjevanja energije, katalizatorja in njegovega nosilca, nacionalne obrambe in vojaške industrije ter varstva okolja.
1. Toplotna izolacija za vroče baterije in superkondenzatorje
Pri opremi za shranjevanje energije ima temperatura velik vpliv na njeno delovanje in življenjsko dobo. Aerogel se lahko uporablja kot toplotnoizolacijski material za vroče baterije in superkondenzatorje, ki preprečuje prehiter prenos toplote znotraj baterije ali kondenzatorja in ohranja stabilnost delovne temperature opreme, s čimer se izboljša učinkovitost in varnost opreme.
2. Material, ki absorbira zvok
Zaradi porozne strukture aerogela ima dobre lastnosti absorpcije zvoka. Ko se zvočni valovi širijo v porah aerogela, se bodo večkrat odbili in razpršili, tako da bo zvočna energija še naprej upadala. V koncertnih dvoranah, snemalnih studiih in na drugih mestih z visokimi zahtevami glede akustičnega okolja se lahko aerogel uporablja za izdelavo plošč za absorpcijo zvoka, ki učinkovito skrajšajo čas odmeva v zaprtih prostorih in izboljšajo jasnost zvoka.
3. Podpora za katalizator
Visoka specifična površina aerogela zagotavlja veliko število nakladalnih mest za katalizator. Pri okoljskih katalitičnih reakcijah, kot je katalitično čiščenje avtomobilskih izpušnih plinov, katalitična oksidacija industrijskih odpadnih plinov itd., lahko nalaganje katalizatorja na nosilec aerogela izboljša disperzijo in aktivnost katalizatorja, tako da katalizira pretvorbo škodljivih snovi učinkoviteje in zmanjšajo emisije onesnaževal.
4.Embalaže za elektronske naprave
Aerogeli imajo dobre električne izolacijske lastnosti in nizko dielektrično konstanto ter se lahko uporabljajo kot embalažni materiali za elektronske naprave. V elektronskih napravah, kot so integrirana vezja in čipi, lahko embalaža z aerogelom zaščiti elektronske komponente pred okoljskimi dejavniki, kot sta vlaga in prah, medtem ko njena nizka dielektrična konstanta pomaga zmanjšati zamude in izgube med prenosom signala.
vir slike: RSC Advances