碳气凝胶及其在污水处理中的应用

碳气凝胶是由碳纳米材料形成的三维多孔网络结构材料,具有比表面积大、孔隙率高、化学性质稳定和结构可调等优点,被广泛用于水污染处理中,用于去除油、有机溶剂、染料、重金属离子等。综述了碳气凝胶及其复合材料的研究进展,讨论了有机碳气凝胶、生物质基碳气凝胶、石墨烯基碳气凝胶三类碳气凝胶材料的组成、制备和吸附性能,总结了碳气凝胶在水处理中的应用并简要分析了碳气凝胶材料当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

聚酰亚胺超级电容器电极材料研究进展

简述了超级电容器的应用优势及其电极材料的发展与特性,回顾了近几年聚酰亚胺及其衍生碳材料在超级电容器领域的最新研究进展,介绍了聚酰亚胺基多孔碳、碳纳米片、碳气凝胶以及碳纳米纤维等材料作为电极活性材料的研究现状,并分析了各自应用的优缺点及改进的方法。最后讨论了未来推进聚酰亚胺及其衍生碳材料在超级电容器领域的进一步发展应注重的研究方向,指出包括聚酰亚胺碳气凝胶、多孔碳纤维及自支撑膜电极以下几方面仍需研究。     

碳气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展

从碳气凝胶的发展、制备和干燥工艺,以及掺杂碳气凝胶的改性方面叙述了碳气凝胶在超级电容器材料中的研究进展,并展望了碳气凝胶未来的发展方向。     

碳气凝胶电极用于NaCI溶液电容性除盐的研究

碳气凝胶是一种新型多孔碳材料，具有比表面积大、电导率高的特点。本文通过常压干燥制备了碳气凝胶，研究测试了其结构特性，用NaCl溶液模拟海水，利用CDI原理，以碳气凝胶作电极进行了NaCl溶液的除盐实验。实验表明，决定碳气凝胶的除盐效果的主要因素为比表面积和电导率。在不同配比结构中，以R/C为1500、M值为30％的碳气凝胶电极的除盐效果最佳。利用双电层电容模型解释探讨了碳气凝胶电极的除盐机理。     

生物质基碳气凝胶的研究进展

碳气凝胶是一种新型的纳米多孔碳材料,具有孔隙率高、比表面积大、导电性能优良、耐高温等优点,在催化剂载体、电容器及吸附材料等领域具有广阔的应用前景。与传统的碳气凝胶相比,生物质基碳气凝胶具有前驱体环保可再生的优势,可为生物质高值化、功能化利用提供新思路。本文在简单介绍生物质基碳气凝胶制备过程（包括溶胶-凝胶化、干燥、炭化）的基础上,重点介绍了3类来自不同生物质前驱体（植物纤维素、细菌纤维素和具有三维多孔结构的植物本身）碳气凝胶的制备方法,并对碳气凝胶及其复合材料在催化剂载体、吸附材料、超级电容器、锂离子电池方面的应用进行了综述,最后对生物质基碳气凝胶的研究方向和发展前景进行总结和展望。     

氮掺杂改性碳材料的研究进展

通过对碳材料进行氮掺杂改性,可强化碳材料的性能从而拓宽其应用领域。总结了近年来国内外对氮掺杂改性碳材料的研究进展,详细介绍了利用活化法、水热法、化学气相沉积法、模板法、溶胶-凝胶法和后处理法制备氮掺杂改性碳材料的方法,对其在催化剂、吸附材料、超级电容器、储氢等领域上的应用作了详细介绍,对氮掺杂改性碳材料的发展趋势进行了展望。     

碳气凝胶电极在双电层电容器中的研究进展

通过与无机气凝胶对比,引入碳气凝胶的导电特性。简述了双电层电容器的基本工作原理,综述了碳气凝胶在双电层电容器电极材料方面的研究进展。总结了碳气凝胶电极制备过程中关键因素,并提出了一些研究展望。     

纤维素基碳气凝胶研究进展

介绍了纤维素碳气凝胶原材料的主要来源及各原材料的特点,重点举例阐述可直接利用型纤维素制备纤维素基碳气凝胶材料的不同工艺方法,综合分析了纤维素基碳气凝胶作为多功能材料的一些前沿的应用研究。总结了该领域存在的挑战并展望了纤维素基碳气凝胶的发展前景。     

我国科学家造出“世界上最轻材料”

浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料,这种被称为"全碳气凝胶"的固态材料密度仅0.16g/L,是空气密度的六分之一,也是迄今为止世界上最轻的材料。"气凝胶"是半固体状态的凝胶经干燥、去除溶剂后的产物,外表呈固体状,内部含有众多孔隙,充斥着空气,因而密度极小。浙江大学高分子科学     

利用玉米秸秆纤维素制备碳气凝胶的研究

将玉米秸秆中的纤维素通过碱处理以及漂白处理的方法提取出来，再将玉米秸秆纤维素分散在水中，并通过超声以及冷冻干燥的方法制成玉米秸秆纤维素气凝胶，最后将气凝胶高温碳化制得玉米秸秆纤维素碳气凝胶。通过扫描电镜（SEM），红外光谱（FT-IR）,X射线衍射仪，水接触角（WCA）等对玉米纤维素气凝胶以及碳气凝胶进行表征测试，并使用不同油类以及有机溶剂进行玉米秸秆纤维素碳气凝胶的吸附、解吸实验。结果表明，制备的玉米秸秆纤维素碳气凝胶（CA-200）相较于同质量比的气凝胶（AE-200）具有更好的三维结构以及优良的疏水性能。制得的碳气凝胶其水接触角能达到135°，并且其对植物油、润滑油以及乙醇的吸附性能可达自身质量的80～140倍。相较于没有经过碳化的气凝胶AE-200的吸附性能提升了50倍左右。     

二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展

二氧化硅气凝胶具有高孔隙率、低热导率等特点,使其成为新型超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的柔韧性、整体性差,并且常温干燥制备的气凝胶在高温时热导率迅速上升,这些都大大限制了二氧化硅气凝胶的应用。近些年,通过原位溶胶-凝胶法和模压成型法制备得到的二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在一定程度上提高了其韧性、整体性和高温隔热性能,使得二氧化硅气凝胶作为单独块体隔热材料成为可能。本文阐述了二氧化硅气凝胶隔热材料的隔热机理,综述了近年来抗辐射型、纤维增强型和聚合物增强型二氧化硅气凝胶复合隔热材料的研究现状,最后讨论了该领域今后研究趋势。     

二氧化硅气凝胶高温稳定性研究

二氧化硅气凝胶具有极高的孔隙率和非常低的热导率,在保温隔热领域应用前景十分广阔。探究了二氧化硅气凝胶在不同温度热处理条件下热导率的变化情况,并从微观结构角度解释了其变化机理。随着热处理温度升高,气凝胶热导率先降低后升高。当热处理温度低于400 ℃时,气凝胶的热导率随热处理温度的升高而降低,这是因为较低温度的热处理去除了气凝胶内部的大部分杂质,并且使气凝胶的内部孔隙结构更加均匀;当热处理温度处于400~700 ℃时,更高温度的热处理使得气凝胶内部的孔径明显增大,气凝胶颗粒增大,使得热导率随热处理温度的升高而增加;当热处理温度高于700 ℃时,气凝胶颗粒开始烧结,骨架结构坍塌,密度显著增大,热导率也急剧上升,此时已不具备气凝胶轻质多孔的典型特征,可以认为已经失效。实验结果对亲水型气凝胶的应用给出了一定的指导:为保证气凝胶绝热能力的最优化,可以对气凝胶在400 ℃的温度下进行一段时间的保温;工作温度应在700 ℃以下,温度的升高会轻微降低气凝胶的隔热能力;气凝胶在700 ℃以上时会失去其绝热能力,因此不宜用于温度高于700 ℃的环境。     

纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶隔热复合材料研究进展

Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料,在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景,是理想的高温隔热基体之一。但纯Al₂O₃-SiO₂气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱,限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体,制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料的制备方法,综述了目前国内外该材料的研究进展,并对其未来发展趋势做了展望。     

二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料，具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点，被誉为新型超级保温隔热材料。然而，二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题，大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了二氧化硅气凝胶合成技术和力学性能增强方法，从制备过程控制、老化条件优化、热处理、纤维复合和高分子聚合物复合等方面分析了其对气凝胶性能和工艺的影响，重点介绍了近年来二氧化硅气凝胶保温隔热材料应用在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温以及新能源汽车等领域的研究进展，总结了其在各领域应用的技术挑战。指出未来需进一步拓展二氧化硅气凝胶的使用温区，利用共前体和化学交联等方法增强高温下的隔热性能，同时解决气凝胶纤维复材“掉粉”和微米级粉体分散不均匀等难题，尤其是新能源汽车等新兴应用领域发展迅猛，未来仍需针对新的应用需求对其合成技术进行设计和优化。     

Fiber Reinforced Polyimide Aerogel Composites with High Mechanical Strength for High Temperature Insulation

Glass fiber/polyimide aerogel composites are prepared by adding glass fiber mat to a polyimide sol derived from diamine, 4,4′‐oxydianiline, p‐phenylene diamine, and dianhydride, 3,3′,4,4′‐biphenyltetracarboxylic dianhydride. The fiber felt acts as a skeleton for support and shaping, reduces aerogel shrinkage during the preparation process, and improves the mechanical strength and thermal stability of the composite materials. These composites possess a mesoporous structure with densities as low as 0.143–0.177 g cm^?3, with the glass fiber functioning to improve the overall mechanical properties of the polyimide aerogel, which results in its Young's modulus increasing from 42.7 to 113.5 MPa. These composites are found to retain their structure after heating at 500 °C, in contrast to pure aerogels which decompose into shrunken ball‐like structures. These composites maintain their thermal stability in air and N₂ atmospheres, exhibiting a low thermal conductivity range of 0.023 to 0.029 W m^?1 K^?1 at room temperature and 0.057to 0.082 W m^?1 K^?1 at 500 °C. The high mechanical strengths, excellent thermal stabilities, and low thermal conductivities of these aerogel composites should ensure that they are potentially useful materials for insulation applications at high temperature.     

聚酰亚胺基气凝胶材料的制备与应用

气凝胶是一类以空气为分散介质的干态凝胶材料,具有由纳米粒子随机聚集并相互连接而成的复杂三维网络结构,也因此集低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率等优异性能于一身,在众多尖端及民生领域显示出巨大的应用潜力。作为一种高性能材料,聚酰亚胺(polyimide, PI)已被广泛用于航空航天、防火织物等诸多领域,由其制成的PI气凝胶具有较高的机械强度,对传统脆弱易碎的无机气凝胶显示出明显的替代趋势,也因此得到了研究人员的广泛关注。本文主要介绍了PI基气凝胶材料的研究进展,从PI气凝胶的制备方法、改性方法及应用等角度进行综述,并对其未来的发展进行展望,以期为后续研究提供借鉴与参考。     

聚酰亚胺基气凝胶材料的制备与应用

气凝胶是一类以空气为分散介质的干态凝胶材料,具有由纳米粒子随机聚集并相互连接而成的复杂三维网络结构,也因此集低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率等优异性能于一身,在众多尖端及民生领域显示出巨大的应用潜力。作为一种高性能材料,聚酰亚胺(polyimide, PI)已被广泛用于航空航天、防火织物等诸多领域,由其制成的PI气凝胶具有较高的机械强度,对传统脆弱易碎的无机气凝胶显示出明显的替代趋势,也因此得到了研究人员的广泛关注。本文主要介绍了PI基气凝胶材料的研究进展,从PI气凝胶的制备方法、改性方法及应用等角度进行综述,并对其未来的发展进行展望,以期为后续研究提供借鉴与参考。     

石墨烯气凝胶/二十烷相变材料的制备及性能研究

以氧化石墨烯（GO），二十烷（Eicosan）为原料，先采用胶体团聚法制备还原-氧化石墨烯气凝胶，再通过自扩散获得了还原氧化石墨烯气凝胶/二十烷复合相变材料,研究了复合材料与性能的关系。采用热重和差示量热扫描仪测试了二十烷和复合材料的热性能，确认了二十烷质量分数对复合材料的焓值的关系以及相变循环次数对材料稳定性的影响。结果表明：复合材料的焓值与二十烷的质量分数成正比；经过50次相变循环后，PCM4仍然保持稳定性。导热性能分析表明, 还原氧化石墨烯气凝胶可以改善二十烷的热导率。此外，通过太阳光模拟测试，计算出复合材料的光热转换效率为55%。     

二氧化硅气凝胶/聚氨酯隔热材料的研究

舰船用隔热材料的相关研究在船舶设计及建造过程中长期受到关注。高性能的隔热绝缘材料不仅可以改善舰船的居住环境,还能提高舰船的安全性和服役寿命。为了获得高性能的隔热材料,以聚氨酯作为基体,以二氧化硅气凝胶为热阻填料,通过共混的方式制备了二氧化硅(SiO_2)气凝胶/聚氨酯(PU)隔热材料,使用导热系数仪、万能力学试验机等手段表征了PU隔热材料的性能。确定了SiO_2气凝胶/PU隔热材料的最佳配方为电动混合方式下制得的2 g SA-A1/100 g PU隔热材料,导热系数达到最低值,为0.091 W/(m·K),拉伸强度为3.6 MPa。     

赤藓糖醇相变储热材料研究进展

赤藓糖醇具有较高的相变焓、无毒以及优异的热稳定性，作为综合性能较好的中温相变储能材料被广泛研究。但是，赤藓糖醇在相变过程中存在易泄漏、过冷度大以及导热性能较差的缺点，导致其热能的利用效率不高，极大地限制了其作为储热材料的应用。本文综述了近年来在解决赤藓糖醇相变储热材料易泄漏、过冷度高和热导率低等问题的研究进展。赤藓糖醇定型复合相变储热材料的制备方法主要有共混压制法、静电纺丝法、微胶囊法及多孔材料吸附法等，可根据不同制备方法采取相应复合策略以达到对其封装定型、降低过冷度和提高热导率的目的。最后认为未来对赤藓糖醇复合相变储热材料的研究除了解决其本身存在的热性能问题，还需对其进行功能化，以拓展其应用前景。