[发明专利]木质基碳泡沫和复合材料及相关方法

权利要求书

1.一种制造碳泡沫的方法，该方法包括：

(a)将包含一定量的至少部分分解的木质素的前体组合物进行第一压力持续第一时间，任选地，同时将前体组合物加热至第一温度，从而提供压缩的前体组合物；

(b)将压缩的前体组合物加热至更高的第二温度持续第二时间，同时使压缩的前体组合物经受第二压力以进一步分解至少部分分解的木质素并在压缩的前体组合物内产生孔，从而提供多孔的、分解的前体组合物，其中至少部分分解的木质素是通过在惰性环境下将原木质素加热到200℃至500℃的高温，并在0.5小时至5小时的时间内将所述原木质素至少部分分解而成；和

(c)将所述多孔的、分解的前体组合物加热至第三温度持续第三时间，使其碳化，并任选地石墨化，以提供碳泡沫。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述前体组合物包含硫酸盐木质素或黑液。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述前体组合物还包含一定量的原木质素。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少部分分解的木质素包括碳包封的金属纳米颗粒，石墨烯包封的金属纳米颗粒，石墨烯基材料或其组合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述前体组合物还包含一种或多种选自碳颗粒、金属、金属氧化物、金属碳化物及其组合物的添加剂。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述前体组合物具有原木质素与至少部分分解的木质素的比率，所选择的比率为所述碳泡沫提供预定的抗压强度。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述前体组合物具有的原木质素与至少部分分解的木质素的比率范围为5：1至1：5，其是基于原木质素的重量和至少部分分解的木质素的重量。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一压力在大于0MPa至50MPa的范围内。

9.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)是冷压步骤，并且第一时间的范围是在5秒至60秒之间。

10.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)是热压步骤，并且第一温度至少与前体组合物中木质素的软化温度(T_s)一样高。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一温度在150℃至300℃的范围内。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一时间在5分钟至30分钟的范围内。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二温度至少与所述前体组合物中木质素的分解温度(T_d)一样高。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二温度在450℃至700℃的范围内。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二时间在30分钟至60分钟的范围内。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二压力在1Pa至10,000Pa的范围内。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述的碳泡沫的特征在于其抗压强度为至少45MPa。

18.一种根据权利要求1-17中任意一项所述的方法制备获得的碳泡沫，其包含碳基质，所述碳基质限定分布在整个碳泡沫中的多个孔，所述碳泡沫的特征在于其抗压强度为至少45MPa。