碳泡沫的發(fā)泡法和模板法制備及其表征.pdf

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、超級電容器、航空航天領(lǐng)域、催化劑載體以及各類電極應(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，本論文采用酚醛樹脂為碳源，通過發(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的開孔結(jié)構(gòu)碳泡沫，并探討了發(fā)泡法合成碳泡沫過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，為微米級開孔碳泡沫的應(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所得碳泡沫結(jié)構(gòu)的影響，并討論了各級孔洞的形成原因。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。碳泡沫中的大孔來源于水在固化過程中因揮發(fā)而留下的孔洞，微孔來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等手段對所得的碳泡沫材料進(jìn)行了表征，并對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)