Bahan berasaskan karbon digunakan secara meluas dalam banyak bidang seperti penyimpanan tenaga, sains alam sekitar, dan kimia bahan. Dalam beberapa dekad yang lalu, ramai sarjana di dalam dan luar negara telah berjaya membangunkan pelbagai jenis bahan berasaskan karbon yang baru muncul, seperti biochar, graphene, graphene oxide (GO), nanotube karbon, nanofibers karbon, sfera karbon, aerogel karbon, nitrogen. -karbon terdop dan fasa grafit karbon nitrida. Airgel ialah sejenis bahan pepejal baharu dengan struktur berliang ultra-halus dan ketumpatan rendah. Sejak dilahirkan pada tahun 1931, ia sentiasa menarik perhatian ramai. Dengan kemajuan masa yang berterusan, penyelidik terus meneroka dan mengoptimumkan kaedah penyediaan aerogel, daripada aerogel silika tak organik awal yang dibangunkan secara beransur-ansur kepada aerogel organik, dan kemudian dilanjutkan kepada aerogel karbon, dan selaras dengan itu, julat aplikasi aerogel juga terus mengembang.
Aerogel berasaskan karbon ialah sejenis bahan karbon berliang nano baharu yang diperoleh melalui pengkarbonan pada suhu tinggi dalam persekitaran gas lengai, menggunakan aerogel organik sebagai prekursor. Mereka mempunyai ciri dua aerogel dan bahan berasaskan karbon. Oleh kerana ketumpatannya yang rendah, luas permukaan spesifik yang tinggi dan keliangan yang tinggi, aerogel berasaskan karbon telah digunakan secara meluas dalam penyimpanan tenaga, penjerapan, penderia, perisai elektromagnet dan penyerapan.
Sumber imej:Jurnal Koloid dan Sains Antaramuka
Klasifikasi aerogel berasaskan karbon:
Berdasarkan perbezaan sumber bahan mentah, aerogel karbon boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kategori: aerogel karbon berasaskan grafit, aerogel karbon organik dan aerogel komposit karbon.
Untuk aerogel karbon berasaskan grafit, seperti aerogel graphene dan aerogel tiub nano karbon, bahan karbon grafit digabungkan terus ke dalam struktur aerogel tiga dimensi menggunakan proses pemasangan yang sesuai. Oleh kerana kekonduksian elektriknya yang tinggi, bahan aerogel karbon ini digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik dan penderia.
Bahan prekursor aerogel karbon organik tergolong dalam bahan organik, yang diubah menjadi bahan karbon selepas proses pengkarbonan suhu tinggi, dan kemudian struktur berliang tiga dimensi dibina dengan bantuan proses pemasangan. Aerogel berasaskan karbon ini boleh dibahagikan kepada aerogel karbon biojisim dan aerogel karbon berasaskan polimer. Kerana sifat penjerapan yang sangat baik dan ciri-ciri struktur yang unik, ia mempunyai potensi aplikasi dan pembangunan yang luas dalam bidang perlindungan alam sekitar dan tenaga.
Aerogel komposit karbon adalah trend pembangunan yang sangat penting dalam bidang aerogel berasaskan karbon dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Dengan memperkenalkan kumpulan organik atau polimer, nisbah antara komponen boleh diselaraskan dan dikawal, dan kemudian masalah bahan aerogel berasaskan karbon komponen tunggal seperti kerapuhan yang lebih besar, kelembapan mudah, fleksibiliti yang lemah dan sebagainya boleh dioptimumkan. Sambil mengekalkan sifat yang sangat baik, aerogel komposit karbon mencapai kesempurnaan fungsi antara bahan yang berbeza, yang membuka ruang yang lebih luas untuk aplikasi aerogel berasaskan karbon.
Penyediaan aerogel berasaskan karbon:
Penyediaan aerogel berasaskan karbon biasanya merangkumi tiga langkah berikut: (1) pengasingan prekursor, pengelasan sol dan penuaan; ② Gel mengering menjadi aerogel; ③ Pengkarbonan aerogel untuk mendapatkan aerogel berasaskan karbon. Airgel berasaskan karbon telah menunjukkan prestasi yang baik dalam banyak aplikasi, tetapi proses penyediaan yang kompleks, kos tinggi dan hasil yang rendah mengehadkan penggunaan praktikalnya. Kaedah penyediaan bahan aerogel berasaskan karbon terutamanya termasuk kaedah sol-gel, kaedah hidroterma, kaedah pemendapan wap kimia dan kaedah templat ais.
Penggunaan aerogel berasaskan karbon:
Airgel berasaskan karbon adalah sejenis bahan karbon ringan, berliang, amorf dengan struktur nanoporous. Airgel berasaskan karbon mempunyai nilai aplikasi penting dalam bidang utama penyimpanan tenaga elektrokimia, pemangkin dan pembawanya, industri pertahanan dan ketenteraan negara serta perlindungan alam sekitar.
1. Penebat haba untuk bateri panas dan supercapacitors
Dalam peralatan penyimpanan tenaga, suhu mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi dan hayatnya. Airgel boleh digunakan sebagai bahan penebat haba untuk bateri panas dan supercapacitors, menghalang haba daripada dipindahkan terlalu cepat di dalam bateri atau kapasitor, dan mengekalkan kestabilan suhu operasi peralatan, dengan itu meningkatkan prestasi dan keselamatan peralatan.
2.Bahan serap bunyi
Struktur berliang airgel menjadikannya mempunyai sifat menyerap bunyi yang baik. Apabila gelombang bunyi merambat dalam pori-pori aerogel, ia akan dipantulkan dan tersebar berkali-kali, supaya tenaga bunyi akan terus mereput. Di dewan konsert, studio rakaman dan tempat-tempat lain dengan keperluan persekitaran akustik yang tinggi, aerogel boleh digunakan untuk mengeluarkan panel penyerap bunyi, mengurangkan masa dengung dalaman dengan berkesan dan meningkatkan kejelasan bunyi.
3.Sokongan pemangkin
Luas permukaan spesifik tinggi aerogel menyediakan sejumlah besar tapak pemuatan untuk pemangkin. Dalam tindak balas pemangkin alam sekitar, seperti penulenan pemangkin gas ekzos kereta, pengoksidaan pemangkin gas sisa industri, dan lain-lain, memuatkan pemangkin pada pembawa aerogel boleh meningkatkan penyebaran dan aktiviti pemangkin, untuk memangkinkan penukaran bahan berbahaya lebih berkesan dan mengurangkan pelepasan bahan pencemar.
4.Bahan pembungkusan untuk peranti elektronik
Aerogel mempunyai sifat penebat elektrik yang baik dan pemalar dielektrik yang rendah, dan boleh digunakan sebagai bahan pembungkusan untuk peranti elektronik. Dalam peranti elektronik seperti litar bersepadu dan cip, pembungkusan airgel boleh melindungi komponen elektronik daripada faktor persekitaran seperti kelembapan dan habuk, manakala pemalar dielektriknya yang rendah membantu mengurangkan kelewatan dan kehilangan semasa penghantaran isyarat.
sumber imej:RSC Advances