[发明专利]一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法，包括碳化的密胺泡沫骨架和生长在所述密胺泡沫骨架上的碳气凝胶纳米颗粒；制备方法为利用制备工艺较为成熟的间苯二酚‑甲醛气凝胶为有机前驱体，通过预冷冻技术和高温煅烧工艺获得了大面积的、完整的、具有高效光热转换效率的超黑碳气凝胶泡沫复合物；该超黑碳气凝胶泡沫复合物表面具有分级多孔结构。与现有技术相比，本发明具有光热转换性能高、光吸收率高、制备过程简单易操作、容易推广使用和扩大生产等优点。

技术领域

本发明属于纳米材料及其制备领域，尤其是涉及一种具有高效光热转换性能和分级多孔结构的超黑碳气凝胶泡沫复合物及其制备方法。

背景技术

具有高效光热转换性能的超黑材料在水蒸气发电、海水淡化和工业污水处理等环保领域具有较好的应用潜力。碳气凝胶是一种具有良好导电性和纳米多孔结构的超黑碳材料，因此在遮光、电容去离子、超级电容器等领域具有潜在的应用潜力。目前，制备具有高效光热转换性能的超黑材料的方法主要有：高温化学气相沉积法、溶胶凝胶法和去模板法等。在这些方法中，材料的制备大多需要严苛的化学反应环境，例如：催化剂含量、反应温度、真空度要求、气氛要求等；除此之外，一些制备技术还需要繁琐的制备模板、去模板和特殊工艺干燥等过程。这种限制条件下的超黑材料的制备受到仪器和环境的限制，无法广泛的推广使用和大面积批量生产。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有极高的光吸收率、分级多孔结构和高效的光热转换性能的超黑碳气凝胶泡沫复合物。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超黑碳气凝胶泡沫复合物，包括碳化的密胺泡沫骨架和生长在所述密胺泡沫骨架上的碳气凝胶纳米颗粒。

所述的超黑碳气凝胶泡沫复合物具有分级多孔结构，包括孔径在2nm以内的一级孔结构和孔径为2～100nm的二级孔结构。

所述超黑碳气凝胶泡沫复合物对400-2000nm波段的光的平均光吸收率高于97％。

本发明采用碳化的密胺泡沫材料作为骨架材料，密胺泡沫材料表面具有微米量级的开孔结构，比表面积较大，为碳气凝胶纳米颗粒的前驱体提供生长骨架；最终合成的超黑碳气凝胶泡沫复合物具有2nm以内的微孔，这有助于小尺寸导体效应和热电子效应的增强；而2-100nm之间的孔洞有助于复合材料的保温隔热性能。

本发明还提供了一种超黑碳气凝胶泡沫复合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)取密胺泡沫材料，采用去离子水洗涤，烘干备用；以间苯二酚和甲醛为原料制备间苯二酚-甲醛溶胶，备用；

(2)将得到的间苯二酚-甲醛溶胶注入到填充有密胺泡沫材料的模具中，恒温保存，得到密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶；

(3)将制得的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶从模具中取出，采用去离子水进行溶剂替换；

(4)将溶剂替换后的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶进行预冷冻处理、冷冻干燥处理，得到密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛气凝胶；

(5)将得到的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛气凝胶在保护气氛下高温碳化，获得所述超黑碳气凝胶泡沫复合物。

其中，所述步骤(4)中，所述预冷冻处理的温度为零下20～零下5℃，处理时间为2～12小时；所述预冷冻处理后的密胺泡沫骨架增强的间苯二酚-甲醛湿凝胶上具有微米量级的垂直孔洞结构。