全碳气凝胶具有哪些物理性质 全碳气凝胶的应用领域有哪些

一、全碳气凝胶具有哪些物理性质

1、全碳气凝胶是一种黑色、不需依靠支撑物而竖立的物质，能被塑造成多变的形状，可大至数立方厘米的体积。它是一个由具无缝互连的网络的炭管状物所组成，管状物具微米大小的直径，和15纳米厚的墙壁。基于其相对较小的弯曲度和相对较大的墙壁的厚度，它的墙壁是和炭纳米管的石墨烯状的外壳，以及玻璃碳在性质上相异。

2、管道的墙壁会断开而且有皱褶，这个情况令全碳气凝胶具有弹性的特质。籍电子能量损失谱和电导率作测量，可确认全碳气凝胶中的碳键具有sp2混成的性质。当外力挤压，全碳气凝胶的电导率会上升，和它的密度作比较，因此当被压缩得愈紧密，导电性能便愈高。

3、基于全碳气凝胶的管状、互连的网络的结构，全碳气凝胶比其他炭制人造发泡物质（如硅胶气凝胶）更能抵抗拉力。全碳气凝胶可以维持很大的弹性变形，并有很低的泊松比。一个三毫米高的全碳气凝胶被压至十分一毫米后，可以完全恢复至三毫米。全碳气凝胶的极限抗拉强度视乎材料密度。

4、最坚固的硅胶气凝胶的极限抗拉强度为16kPa，在张力下，所提供的密度是是基于质量的测量，和为了实验也适用于其他结构的人造发泡物质的外在体积的测定。

二、全碳气凝胶的应用领域有哪些

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、18s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。

综上，在环保方面，碳气凝胶可以用于污水处理、海水淡化、重金属离子吸附、有机废气处理等，市场容量巨大；在节能保温方面，通过深挖高端、微型化方式已经在航天、石油化工等领域初见市场应用；储能方面，碳气凝胶是用于制作超级电容器的最佳材料。未来，开发成熟、低成本，可再生和生物降解的前体是碳气凝胶大规模产业化生产、应用和减低成本的发展方向。