树脂基碳泡沫的制备研究

论文摘要

碳泡沫是一种以碳原子为骨架，碳原子之间相互堆积形成的具有多孔网络结构的轻质固态碳材料，孔洞直径为十几纳米～几百微米。碳泡沫以其独特的微观结构，较大的比表面积，较高的孔隙率，优良的吸附性，较低的热膨胀系数及良好的抗压性等一系列显著的物理性质，在热控材料、电池电极、超级电容器、催化剂载体、技术分离、航空航天等领域中有着广泛的应用前景。因此，开展碳泡沫的研究不仅具有重要的学术价值，而且具有广阔的实际应用意义。 本文分别选用酚醛树脂和芳基乙炔为前驱体，对碳泡沫的制备进行了研究，主要得到如下结论： 选用酚醛树脂前驱体，在高压釜中制备酚醛树脂泡沫，选择合适的碳化工艺，将酚醛树脂泡沫碳化制备碳泡沫，通过扫描电镜（SEM）及X射线衍射仪（XRD）对其结构和相组成进行表征。该方法制得的碳泡沫是具有一定强度的轻质多孔碳材料，其密度约为0.15g·cm-3。它具有连续的网络结构，孔洞形状较为规整，且相互连通，孔径分布较为均匀，平均孔径约为300μm，韧带厚度约30μm，经过1000℃碳化得到的碳泡沫主要以无定型碳存在。 考虑到芳基乙炔分子中只含C、H两种元素，交联固化后得到的聚芳基乙炔树脂具有聚亚苯基结构和很高的高交联度，力学性能优越，由于这种高碳树脂热解时只释放出小分子气体，因此高碳树脂泡沫碳化后制备的碳泡沫可以保持原有的结构。本论文首次选用芳基乙炔为前驱体，利用化学发泡法实现聚芳基乙炔泡沫的制备。将聚芳基乙炔泡沫碳化制得聚芳基乙炔基碳泡沫。在利用化学发泡法制备聚芳基乙炔基碳泡沫时，既研究了在常压条件下制备碳泡沫，又研究了在高压釜中利用调节卸压速率方法制备碳泡沫。这两种方法制得的碳泡沫也都是具有一定强度的轻质多孔碳材料，其密度约为0.22g·cm-3。经过SEM分析，无论是否在压力条件下制备的碳泡沫孔径大小和韧带厚度均比物理发泡

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 碳泡沫的制备方法
• 1.1.2 碳泡沫的结构特征
• 1.1.3 碳泡沫的应用前景
• 1.2 发泡技术
• 1.2.1 发泡方法
• 1.2.2 发泡剂
• 1.3 前驱体
• 1.3.1 酚醛树脂
• 1.3.2 聚芳基乙炔
• 1.4 研究目标与内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 主要创新点
• 第2章 酚醛树脂基碳泡沫的制备研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器及试剂
• 2.1.2 酚醛树脂固化
• 2.1.3 酚醛树脂基碳泡沫的制备
• 2.1.4 酚醛树脂泡沫表征
• 2.1.5 酚醛树脂基碳泡沫表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 固化温度对酚醛树脂固化时间的影响
• 2.2.2 酚醛树脂泡沫热重分析
• 2.2.3 酚醛树脂泡沫红外光谱分析
• 2.2.4 酚醛树脂基碳泡沫的微观结构
• 2.2.5 卸压速率对碳泡沫结构的影响
• 2.2.6 碳泡沫的物相组成
• 2.3 结论
• 第3章 化学发泡法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器及试剂
• 3.1.2 芳基乙炔成分表征
• 3.1.3 化学发泡法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 3.1.4 聚芳基乙炔泡沫红外表征
• 3.1.5 聚芳基乙炔基碳的微观结构泡沫表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 芳基乙炔的液相色谱分析
• 3.2.2 聚芳基乙炔泡沫红外光谱分析
• 3.2.3 碳泡沫微的观结构
• 3.3 结论
• 第4章 物理发泡法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器及试剂
• 4.1.2 物理发泡法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 4.1.3 聚芳基乙炔泡沫热重分析
• 4.1.4 聚芳基乙炔基碳泡沫表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 聚芳基乙炔泡沫热重分析
• 4.2.2 碳泡沫的微观结构
• 4.2.3 碳泡沫微观结构的影响因素
• 4.2.4 碳泡沫的物相组成
• 4.2.5 不同前驱体及制备方法制得的碳泡沫的微观结构比较
• 4.3 结论
• 第5章 溶胶-凝胶法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验仪器及试剂
• 5.1.2 溶胶-凝胶法制备聚芳基乙炔基碳泡沫
• 5.1.3 聚芳基乙炔基碳泡沫的表征
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 碳泡沫微观结构
• 5.2.2 碳泡沫的物相组成
• 5.3 结论
• 第6章 结论及其展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 进一步设想和展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果