Τα υλικά με βάση τον άνθρακα χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλούς τομείς όπως η αποθήκευση ενέργειας, η περιβαλλοντική επιστήμη και η χημεία υλικών. Τις τελευταίες δεκαετίες, πολλοί μελετητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό έχουν αναπτύξει επιτυχώς μια πλούσια ποικιλία αναδυόμενων υλικών με βάση τον άνθρακα, όπως βιοκάρβουνο, γραφένιο, οξείδιο γραφενίου (GO), νανοσωλήνες άνθρακα, νανοΐνες άνθρακα, σφαίρες άνθρακα, αεροπηκτές άνθρακα, άζωτο -Νιτρίδιο άνθρακα με πρόσμιξη άνθρακα και φάσης γραφίτη. Το Airgel είναι ένα είδος νέου στερεού υλικού με εξαιρετικά λεπτή πορώδη δομή και χαμηλή πυκνότητα. Από τη γέννησή του το 1931, πάντα προσέλκυε μεγάλη προσοχή. Με τη συνεχή πρόοδο του χρόνου, οι ερευνητές συνεχίζουν να εξερευνούν και να βελτιστοποιούν τις μεθόδους παρασκευής αερογέλης, από την αρχική ανόργανη αερογέλη πυριτίου που αναπτύχθηκε σταδιακά σε οργανική αερογέλη και στη συνέχεια επεκτάθηκε στην αερογέλη άνθρακα, και αντίστοιχα, η σειρά εφαρμογής της αερογέλης συνεχίζεται επίσης σε διαστέλλω.
Τα αερόπηκτα με βάση τον άνθρακα είναι ένας νέος τύπος νανοπορωδών υλικών άνθρακα που λαμβάνονται με ενανθράκωση σε υψηλή θερμοκρασία σε περιβάλλον αδρανούς αερίου, χρησιμοποιώντας οργανικές αερογέλες ως πρόδρομες ουσίες. Έχουν τα διπλά χαρακτηριστικά τόσο των αεροτζελών όσο και των υλικών με βάση τον άνθρακα. Λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, της υψηλής ειδικής επιφάνειας και του υψηλού πορώδους, το airgel με βάση τον άνθρακα έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αποθήκευση ενέργειας, την προσρόφηση, τον αισθητήρα, την ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και την απορρόφηση.
Πηγή εικόνας:Journal of Colloid and Interface Science
Ταξινόμηση αεροπηκτών με βάση τον άνθρακα:
Με βάση τη διαφορά των πηγών πρώτων υλών, τα αεροπηκτώματα άνθρακα μπορούν να χωριστούν χονδρικά σε τρεις κατηγορίες: αεροπηκτές άνθρακα με βάση τον γραφίτη, αεροπηκτές οργανικού άνθρακα και αεροπηκτές σύνθετου άνθρακα.
Για αερογέλες άνθρακα με βάση γραφίτη, όπως αερογέλες γραφενίου και αερογέλες νανοσωλήνων άνθρακα, τα υλικά γραφίτη-άνθρακα συνδυάζονται απευθείας σε τρισδιάστατες δομές αερογέλης χρησιμοποιώντας κατάλληλες διαδικασίες συναρμολόγησης. Λόγω της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους, αυτά τα υλικά αερογέλης άνθρακα χρησιμοποιούνται ευρέως σε μια ποικιλία ηλεκτρονικών συσκευών και αισθητήρων.
Το πρόδρομο υλικό του οργανικού άνθρακα airgel ανήκει στην οργανική ύλη, η οποία μετατρέπεται σε υλικό άνθρακα μετά από διαδικασία ενανθράκωσης υψηλής θερμοκρασίας και στη συνέχεια κατασκευάζεται τρισδιάστατη πορώδης δομή με τη βοήθεια της διαδικασίας συναρμολόγησης. Αυτά τα αεροπηκτώματα με βάση τον άνθρακα μπορούν να υποδιαιρεθούν σε αεροπηκτώματα άνθρακα βιομάζας και αεροπηκτές άνθρακα με βάση πολυμερή. Λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων προσρόφησης και των μοναδικών δομικών χαρακτηριστικών τους, έχουν ευρεία δυνατότητα εφαρμογής και ανάπτυξης στους τομείς της προστασίας του περιβάλλοντος και της ενέργειας.
Το σύνθετο αερογέλη άνθρακα είναι μια πολύ σημαντική τάση ανάπτυξης στον τομέα του αερογέλης με βάση τον άνθρακα τα τελευταία χρόνια. Με την εισαγωγή οργανικών ομάδων ή πολυμερών, η αναλογία μεταξύ των συστατικών μπορεί να ρυθμιστεί και να ελεγχθεί και στη συνέχεια να βελτιστοποιηθούν τα προβλήματα των υλικών αερογέλης με βάση τον άνθρακα ενός συστατικού, όπως μεγαλύτερη ευθραυστότητα, εύκολη υγρασία, κακή ευκαμψία κ.λπ. Ενώ διατηρούν εξαιρετικές ιδιότητες, τα σύνθετα αερόπηκτα άνθρακα επιτυγχάνουν λειτουργική συμπληρωματικότητα μεταξύ διαφορετικών υλικών, γεγονός που ανοίγει έναν ευρύτερο χώρο για την εφαρμογή αεροπηκτών με βάση τον άνθρακα.
Παρασκευή αερογέλης με βάση τον άνθρακα:
Η παρασκευή αερογέλης με βάση τον άνθρακα συνήθως περιλαμβάνει τα ακόλουθα τρία στάδια: (1) πρόδρομη διαλυτοποίηση, ζελατινοποίηση και γήρανση. ② Το τζελ στεγνώνει για να γίνει αερογέλη. ③ Ενανθράκωση αερογέλης για λήψη αερογέλης με βάση τον άνθρακα. Το airgel με βάση τον άνθρακα έχει δείξει καλή απόδοση σε πολλές εφαρμογές, αλλά η πολύπλοκη διαδικασία προετοιμασίας, το υψηλό κόστος και η χαμηλή απόδοση περιορίζουν την πρακτική εφαρμογή του. Οι μέθοδοι παρασκευής υλικών αερογέλης με βάση τον άνθρακα περιλαμβάνουν κυρίως τη μέθοδο sol-gel, την υδροθερμική μέθοδο, τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών και τη μέθοδο μήτρας πάγου.
Εφαρμογή αερογέλης με βάση τον άνθρακα:
Το airgel με βάση τον άνθρακα είναι ένα είδος ελαφρού, πορώδους, άμορφου υλικού άνθρακα με νανοπορώδη δομή. Το airgel με βάση τον άνθρακα έχει σημαντική αξία εφαρμογής στους βασικούς τομείς της αποθήκευσης ηλεκτροχημικής ενέργειας, του καταλύτη και του φορέα του, της εθνικής αμυντικής και στρατιωτικής βιομηχανίας και της προστασίας του περιβάλλοντος.
1.Θερμομόνωση για ζεστές μπαταρίες και υπερπυκνωτές
Στον εξοπλισμό αποθήκευσης ενέργειας, η θερμοκρασία έχει μεγάλο αντίκτυπο στην απόδοση και τη διάρκεια ζωής του. Το Airgel μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θερμομονωτικό υλικό για ζεστές μπαταρίες και υπερπυκνωτές, αποτρέποντας τη μεταφορά θερμότητας πολύ γρήγορα μέσα στην μπαταρία ή τον πυκνωτή και διατηρώντας τη σταθερότητα της θερμοκρασίας λειτουργίας του εξοπλισμού, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση και την ασφάλεια του εξοπλισμού.
2.Ηχοαπορροφητικό υλικό
Η πορώδης δομή του airgel το κάνει να έχει καλές ηχοαπορροφητικές ιδιότητες. Όταν τα ηχητικά κύματα διαδίδονται στους πόρους του αερογέλης, θα αντανακλώνται και θα διασκορπίζονται πολλές φορές, έτσι ώστε η ηχητική ενέργεια να συνεχίσει να αποσυντίθεται. Σε αίθουσες συναυλιών, στούντιο ηχογράφησης και σε άλλους χώρους με υψηλές απαιτήσεις ακουστικού περιβάλλοντος, το airgel μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πάνελ απορρόφησης ήχου, μειώνοντας αποτελεσματικά τον χρόνο αντήχησης σε εσωτερικούς χώρους και βελτιώνοντας τη διαύγεια του ήχου.
3.Υποστήριξη καταλύτη
Η υψηλή ειδική επιφάνεια της αερογέλης παρέχει μεγάλο αριθμό θέσεων φόρτωσης για καταλύτη. Σε περιβαλλοντικές καταλυτικές αντιδράσεις, όπως ο καταλυτικός καθαρισμός των καυσαερίων αυτοκινήτων, η καταλυτική οξείδωση των βιομηχανικών απόβλητων αερίων κ.λπ., η φόρτωση του καταλύτη στον φορέα αερογέλης μπορεί να βελτιώσει τη διασπορά και τη δραστηριότητα του καταλύτη, έτσι ώστε να καταλυθεί η μετατροπή επιβλαβών ουσιών πιο αποτελεσματικά και να μειώσουν τις εκπομπές ρύπων.
4.Υλικά συσκευασίας ηλεκτρονικών συσκευών
Τα αερογέλη έχουν καλές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης και χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά συσκευασίας ηλεκτρονικών συσκευών. Σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα και τσιπ, η συσκευασία airgel μπορεί να προστατεύσει τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η υγρασία και η σκόνη, ενώ η χαμηλή διηλεκτρική σταθερά συμβάλλει στη μείωση των καθυστερήσεων και των απωλειών κατά τη μετάδοση του σήματος.
πηγή εικόνας:RSC Advances