[发明专利]芳氰基/芳炔基多孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种芳氰基/芳炔基多孔碳材料及其制备方法，该多孔碳材料通过以下步骤制备得到：(1)将树脂基体和增强组分共混均匀；(2)将共混产物加压成型；(3)将加压成型后的共混产物在惰性气体氛围下进行固化：(4)将固化后的产物在惰性气体氛围下保温碳化；碳化结束后，所得产物随炉冷却至室温。本发明以芳氰基或/和芳炔基树脂单体作为碳化前驱体，结合粉末冶金工艺制备得到具有优异热稳定性、力学强度、导电性、电磁屏蔽性能的多孔碳材料。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及芳氰基/芳炔基多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳材料是指具有不同孔结构的碳材料，其孔径可以根据实际应用的要求(如所吸附分子尺寸等)进行调控，使其尺寸处于纳米级微孔及微米级大孔之间。多孔碳材料具有碳材料的性质，如质量轻、耐热性好、耐腐蚀性好、导电性好、价格低廉等优点；同时，孔结构的引入使其同时具有比表面积大、孔道结构可控、孔径可调等特点。多孔碳材料在新能源、封装、汽车、军事、空天等领域都有广泛的应用。

多孔碳材料一般以碳源为基材，通过活化法或模板法合成得到。

活化法是制备多孔碳材料的传统方法，包括物理活化和化学活化，物理活化主要是通过一些氧化性气体(水蒸气、CO₂、空气、O₂等)为活化剂，使碳源材料中的部分碳原子气化，在碳源材料内部形成新的孔径或者使原来的孔道扩大，从而起到活化碳源材料的作用，形成丰富孔隙的多孔碳材料。化学活化法的机理则较为复杂，一般认为化学药品影响热解过程，或与碳源材料中的碳原子反应而形成发达的孔结构。因此，活化法制备过程比较复杂，同时难以真正做到控制材料中的孔径尺寸和孔径形貌。

模板法是利用模板的结构导向作用和它结构的有序性，通过改变模板内部孔隙空间的尺寸及形状，从而控制其材料的结构，由于其模板在基体材料中的占位作用，使得材料孔道形貌以及尺寸的可控性大大得到了保障。这种方法主要分为两个重要的环节，即无机物模板间纳米空间有机物碳化(这里的有机物碳源是指含有碳原子的有机前驱体材料，例如有机小分子或高分子树脂、生物质等)以及最终的碳化产物与模板的分离。模板法不仅能在纳米水平上调控碳材料的孔结构，同时在孔结构的有序化和规则化调控方面也有优异的表现。然而，模板法也存在一些问题，如程序复杂，需先合成模板，大孔结构难以控制，碳源容易沉积等。

在研究多孔碳材料的制备过程中除制备方法的研究外，碳源的选择是另外一个主要的考察方向，对于多孔碳材料而言，碳源的选择空间很大。高分子复合材料是制备多孔碳材料常见的前驱体，高分子复合材料具有结构可控、分子设计灵活且性能稳定的优点。不同的高分子复合材料经碳化后可以制备出不同形态的碳材料，如碳纤维、碳泡沫、碳纳米微球等；但是这些由高分子复合材料所制备的多孔碳材料通常力学和电磁屏蔽等性能难以满足航空航天等领域中的应用需求。

因此，开发合适的碳源前驱体材料及有效的加工方法制备具有优异力学和电磁屏蔽性能的多孔碳材料是当前的迫切需求之一，对于多孔碳材料在新能源、军事、空天等领域的应用具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种芳氰基/芳炔基多孔碳材料及其制备方法，以得到具有优异力学强度、导电性、电磁屏蔽性能的多孔碳材料，同时简化多孔碳材料制备工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的芳氰基/芳炔基多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将树脂基体和增强组分共混均匀，所述树脂基体与增强组分的质量比为1：(0.01～2)；

所述树脂基体由至少一种树脂单体组成；所述树脂单体为芳氰基树脂单体或/和芳炔基树脂单体；所述增强组分为氧化石墨烯、碳纳米管、玻璃纤维、过渡金属碳/氮化物(MXene)中的至少一种；

(2)将共混物加压成型；

(3)将加压成型后的共混物在惰性气体氛围下按照以下温度梯度进行固化：