碳氣凝膠

2013年，浙江大學的科學家們研製出了一種超輕材料，這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態材料密度僅每立方厘米0.16毫克，是空氣密度的六分之一，也是迄今為止世界上最輕的材料。

值得注意的是，碳氣凝膠與碳纖維氣凝膠是截然不同的兩個概念。碳纖維氣凝膠是以碳纖維為基材，內部填充矽氣凝膠的無機複合材料。

基本介紹

• 中文名：碳氣凝膠
• 外文名：Carbon aerogels
• 特點：密度極小的多孔結構
• 類似於：熟知的矽氣凝膠
• 性能：高彈性、強吸附

簡介

碳氣凝膠（Carbon aerogels，密度極小的多孔結構，類似於熟知的矽氣凝膠）也稱炭氣凝膠,多用於海水淡化

採用碳氣凝膠技術可以提供超低阻值的電容產品，是獨一無二的高能量儲存設備。

製作簡便

形狀、尺寸可任意調節，大規模製造成可能

在實驗室，記者看到了一個個大小不等的“碳海綿”：它們大的如網球，小的如酒瓶塞。在電子顯微鏡下，碳納米管和石墨烯共同支撐起無數個孔隙。

“就像體育場館等大型空間結構，用鋼筋做支架，用高強度的薄膜等做牆壁，材料整體既輕且強。”課題組博士生孫海燕說，“在這裡，碳納米管就是支架，石墨烯就是牆壁。”

在已報導的成果中，高超課題組製備的“碳海綿”仍是最輕紀錄保持者——可達到0.16毫克/立方厘米，低於氦氣的密度。相關論文2013年2月18日線上發表在《先進材料》上。但課題組對申報金氏世界紀錄興趣不大，“‘輕’並不是它最大的新意所在”。高超解釋：它的價值在於其簡便的製備方法，以及材料所展現出來的優越性能。

科學家介紹說，氣凝膠的基本製備原理是除去凝膠中的溶劑，讓其保留完整的骨架。在以往製備氣凝膠的案例中，科學家主要採用溶膠—凝膠法和模板導向法。前者可以批量合成，但是可控性差；後者能產生有序的結構，但依賴於模板的精細結構和尺寸，難以大量製備。高超課題組另闢蹊徑，探索出無模板冷凍乾燥法：將溶解了石墨烯和碳納米管的水溶液在低溫下凍乾，便獲得了“碳海綿”，並且可以任意調節形狀，令生產過程更加便捷，也使這種超輕材料的大規模製造和套用成為可能。

“不需要模板，只與容器有關。容器多大，就可以製備多大，可以做到上千立方厘米，甚至更大。”高超說。

性能優越

高彈性、強吸附，套用前景廣闊

《自然》雜誌點評的標題是：《固體碳：彈性而輕盈》，認為這一新生事物的性能令人驚喜。

據介紹，“碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%後仍可恢復原狀。它對有機溶劑具有超快、超高的吸附力，是迄今已報導的吸油力最高的材料。現有的吸油產品一般只能吸自身質量10倍左右的液體，而“碳海綿”的吸收量是250倍左右，最高可達900倍，而且只吸油不吸水。“大胃王”吃有機物的速度極快：每克這樣的“碳海綿”每秒可以吸收68.8克有機物。這讓人想到用它來處理海上的漏油，“可以把它們撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收進來，因為有彈性，吸的油能夠被壓出來回收利用，‘碳海綿’也可以重新使用。”科研人員表示。

實驗室正在對這一材料的吸附性能進行進一步的套用性研究。科研人員說，“碳海綿”還可能成為理想的相變儲能保溫材料、催化載體、吸音材料以及高效複合材料。不過，這一新生材料就如呱呱墜地的嬰兒，科學家還很難準確預計其套用領域與前景，還得依靠社會以及產業界的想像力，讓這個新材料走出實驗室，實現套用價值。