[发明专利]一种具有碳超结构的材料、制备方法以及应用

权利要求书

1.一种具有碳超结构的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将具有一次生长碳层的基体材料置于金属粉末上，在惰性气体保护下加热，然后通过二氧化碳气流使其与金属的碳化还原反应，在具有一次生长碳层的基体材料的碳层表面进行二次同质外延生长多孔碳层；

所述具有一次生长碳层的基体材料通过以下方法制备：将基体材料置于镁粉上，在惰性气体保护下加热，然后通入二氧化碳气流使其与镁粉发生碳化还原反应，在基体材料表面形成一次生长碳层；

其中，所述具有一次生长碳层的基体材料为光滑管状材料；

所述金属为锌和镁；

所述惰性气体下加热的温度为600-800℃；

所述二次同质外延生长多孔碳层为石墨烯片层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌和所述镁的质量比为6:1-1:6。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括：预先将锌和镁的粉末混合均匀，混合时的球磨机转数为500-700r/min，混合时间为2h-6h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体由氩气提供，所述氩气的流量为20-40sccm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳化还原反应的时间为20-60min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳气流的流量为20-40sccm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体材料为不锈钢网，且不锈钢网的网孔尺寸为200-500目。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具有碳超结构的材料的制备步骤如下：

将金属锌与金属镁按照质量比为1:6-6:1混合，在转速为500-700r/min下球磨混合2h-6h，然后将镁粉、锌粉和不锈钢网基的光滑管状材料在气流量为20-40sccm的Ar保护下，升温至反应温度600-800℃，然后通入气流量为20-40sccm的CO₂气体，控制反应时间为20-60min，制得管状碳超结构材料，

其中，光滑管状材料主要由以下步骤制备得到：将镁粉和不锈钢网在气流量为20-40sccm的Ar保护下，升温至反应温度600-800℃，然后通入气流量为20-40sccm的CO₂气体，控制反应时间为20-60min，制得不锈钢网基的光滑管状材料。

9.一种具有碳超结构的材料，所述具有碳超结构的材料通过权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到，所述具有碳超结构的材料包括基体材料以及基体材料表面的一次生长碳层和一次生长碳层表面的二次同质外延生长的多孔碳层。

10.根据权利要求9所述的碳超结构材料，其特征在于，所述基体材料表面沉积的一次生长碳层和二次同质外延生长的多孔碳层的总厚度为80-120微米。

11.一种电容器，其特征在于，所述电容器的电极材料采用如权利要求10所述具有碳超结构的材料，

所述电容器为双层电容器，

所述双层电容器的体积比电容为76F/cm³、体积功率密度为3520mW/cm³、体积能量密度为4.63mWh/cm³。