① 炭气凝胶的制备方法
炭气凝胶的制备一般可分为三个步骤:即形成有机凝胶、超临界干燥和炭化。其中有机凝胶的形成可得到具有三维空间网络状的结构凝胶;超临界干燥可以维持凝胶的织构而把孔隙内的溶剂脱除;炭化使得凝胶织构强化,增加了机械性能,并保持有机凝胶织构。 (Super-critical drying)
超临界流体概念的提出可追溯到一百多年前。而超临界流体干燥技术是Kistler S.S开创的。超临界流体无汽液界面而兼有液体和气体性质,具有特殊的溶解度、易调变的密度、较低的粘度和较高的传质速率等特点,因此干燥过程中可维持凝胶结构。超临界干燥介质多采用醇类等有机溶剂,由于其易燃易爆及Air Glass实验室的事故,迫使研究者开发新的干燥介质。Tewari P H等采用二氧化碳作为超临界干燥介质,降低了干燥温度,提高了安全性,干燥时间较长。但多采用CO2干燥介质。 RF气凝胶的密度范围0.03~0.60g/cm 3,比表面积350~900m2/g.典型孔隙尺寸小于50nm,网络胶体颗粒尺寸3~20nm,暗红色透明。RF气凝胶在惰性气氛或真空条件下炭化得到玻璃状炭气凝胶。在炭化时,升温速率和气氛对炭气凝胶性能有重要影响,一般情况下炭化收率不大于50% 。但炭气凝胶基本继承了RF气凝胶的织构,这归因于经历的炭化是固相炭化反应。
常见制备方法
以间苯二酚和甲醛为原料在碱性催化剂的作用下形成凝胶,然后以二氧化碳为介质进行超临界干燥制得有机气凝胶,再将有机气凝胶在惰性气体保护下高温热解即得碳气凝胶。这种方法的缺陷在于制备凝胶时必须有碱性催化剂的催化,当催化剂浓度较高时凝胶在超临界干燥和碳化过程中均有很大收缩,难以得到低密度的碳气凝胶,而当催化剂浓度较低时往往得不到凝胶,而且制备周期长、工艺复杂,并难以控制。