免费论文：炭气凝胶/炭复合薄膜材料的结构控制研究

炭气凝胶问世于80年代末，是一种新型的低密度、纳米多孔材料，其组成、性质和结构可在纳米尺度范围内控制。它具有传统气凝胶所没有的高导电性等特性，是作超级电容器和可充电电池的理想电极材料。 本文以间苯二酚和甲醛为原料，经溶胶－凝胶聚合、干燥和炭化制备了炭气凝胶/炭复合薄膜材料，并且研究了溶剂环境、干燥方式、凝胶老化时间和活化条件对炭气凝胶/炭复合薄膜材料结构的调控规律。实验发现凝胶化时间随混合溶剂的表面张力增加而缩短，随混合溶剂的溶度参数的减小而延长；凝胶化时间随着丙酮－水混合体系中丙酮质量百分含量的增加而增加。研究发现通过调控溶剂环境，可以在3.5~20nm范围内调控炭气凝胶/炭复合薄膜材料的孔径；溶剂中丙酮含量80%时，炭气凝胶/炭复合薄膜材料的孔径为3.5nm，这样的孔径有利于提高超级电容器的体积比容能量。另外，研究发现老化时间对薄膜材料的孔结构有着重要的影响，通过改变凝胶老化时间，可以调控复合薄膜材料的结构。研究发现了有机气凝胶薄膜和炭气凝胶薄膜具有“三明治”结构，其皮层是具有褶皱的致密层，芯层是孔隙发达的纳米多孔结构。通过控制炭化条件、模板材料可以控制气凝胶薄膜材料的皮层结构。

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