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材料|绿色节能背景下碳气凝胶的发展及应用( 二 )

性能 领域 的发展 背景 材料 绿色 节能 复合 高温 凝胶 气凝胶 碳气凝胶 碳气


碳化物及其复合气凝胶
1、SiC及其复合气凝胶
SiC 的硬度仅次于金刚石 ， 且具有低热膨胀系数、高耐磨性和化学性能稳定等优点 ， 但SiC热导率高 ， 研究表明可通过制成气凝胶结构从而改善SiC的隔热性能 。 研究学者们通过引入Si、O、C等元素或复合其它高性能材料制得碳气凝胶 ， 获得多种高性能目标碳气凝胶材料 ， 应用于对材料质量要求苛刻的领域 。
2、SiOC 气凝胶
SiOC气凝胶是由 Si、O、C 三种元素不按固定化学计量比组成的 ， 可通过控制元素配比来调控 SiOC气凝胶的性能 ， 从而应用于不同领域 。 最早SiOC 材料因其内部含有Si—O和Si—C键 ， 被当作SiOC玻璃前驱体使用 ， 表现出较高的力学强度和化学耐久性 ， 因其具有气体敏感特性而被应用于气体传感器领域 ， 还因为其内部无序游离碳及无定形基体具有优良的电化学储存性能 ， 被广泛用于锂离子电池领域 。
3、ZrC 及其复合气凝胶
ZrC 作为一种高熔点、高硬度、高化学稳定性的金属碳化物 ， 常应用于超硬材料、表面涂层等领域 ， 在制备过程中将其气凝胶结构化 ， 可在保留 ZrC 本身优良物理特性的前提下 ， 实现材料的超级绝热隔热 。
碳气凝胶的应用
1、污水处理
碳气凝胶微孔结构丰富 ， 具备很强的天然吸附能力 。 经过表面处理后 ， 碳气凝胶可以成为一种新型环境保护材料 。 以海藻酸钙为前体制备海藻酸钙碳气凝胶 ， 在油水分离实验探究中 ，分别用15、18 s 将水上油和水下油吸附完全 ， 在污水处理中有巨大的应用潜力 。
2、相变保温基材
面对极端环境变化 ， 温度和传热控制在高温的防护服和航天设备上应用是极其重要的 ， CAs 以优秀的高温隔热性能在相变材料中有重要应用 。 碳气凝胶通过复合其它材料提高材料性能 ， 增大相变材料在基材负载量 ， 来显著提高材料热稳定性 。
3、超级电容器
超级电容器根据工作原理分为双电层电容器( EDLCs) 和法拉第赝电容器 2 种类型 。 前者的基本原理是一种静电吸引作用 ， 后者的工作原理是电解质与电极表面之间发生的氧化还原反应 。 研究学者通过碳气凝胶的改性制备 ， 大大提高电容器性能 ， 降低电容器开发成本 。
4、其它
CAs是优秀的 电磁屏蔽材料 。 有研究学者合成了一种石墨烯气凝胶膜( GAF) 展示出了优异的电磁屏蔽性能 ， 实验表明 ， 电磁屏蔽性能与膨胀程度呈现显著的正相关 ， 在多层结构中厚度方向的膨胀显著增强了材料的屏蔽效能 。
CAs 还有望解决 氢气的安全储运问题 。 金属掺杂的 CAs 能把储存的氢分子分解为氢原子 ， 使更多的氢进入到材料的孔道结构中而没有爆炸风险 ， 从而提高储氢量 。

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