1成果简介
作为一种前景广阔的高温隔热材料，碳气凝胶一般由有机气凝胶碳化制备而成。然而，溶剂交换和超临界干燥的制备工艺复杂且污染严重，阻碍了其在民用高温隔热材料领域的大规模生产和应用。本文，国防科技大学 冯军宗团队在《 ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为”Synthesis of Environmentally Friendly Nanoporous Monolithic Carbon Aerogels via Ambient Pressure Drying for High-Temperature Thermal Insulators”的论文，研究以水为溶剂，醋酸为酸催化剂，生物高分子壳聚糖为交联剂和支撑模板，采用常压干燥无溶剂交换的环保方法制备了纳米多孔碳气凝胶。
通过壳聚糖与前驱体的聚合和氢键作用来强化凝胶网络，碳气凝胶呈现出良好的整体形状（130 × 130 × 18 mm），具有纳米粒径（43-107 nm）和低密度（0.187-0.395 g/cm3），从而在密度为 0.395g/cm3 时具有低导热系数（0.09592 W/m-K）和高抗压强度（11.50 MPa）。值得注意的是，通过对有机纤维增强有机气凝胶复合材料进行复制分解，制备出了一种无裂纹碳气凝胶复合材料（0.244 g/cm3），该复合材料具有更高的机械性能（10%应变时的抗压强度为 1.63 MPa，弯曲强度为 4.27 MPa）和低导热系数（1100 °C时为 0.107 W/m-K）。这项工作为工业化制备用于高温热保护部件的可靠的纳米多孔碳气凝胶提供了一种环保的方法。
2图文导读
图1.常压干燥制备纳米多孔单片碳气凝胶的工艺
图2.气凝胶的化学结构分析：（a）傅里叶变换红外光谱。（b） 拉曼光谱。
图3.碳气凝胶的形态和结构
图4.碳气凝胶的机械和隔热性能。
图5.CAC100的结构和性质
图6.CAC100 的机械和隔热性能
3小结
综上所述，提出了一种以水为溶剂，醋酸为催化剂，生物聚合物壳聚糖为添加剂，在常压干燥下无溶剂交换制备纳米多孔单片碳气凝胶保温材料的环保型低成本方法。壳聚糖作为交联剂和三维支撑模板，可以调节形态并提高凝胶网络的强度，从而产生具有纳米粒径（43-107 nm）和低密度（0.187-0.395 g/cm）的典型纳米多孔特性的整体碳气凝胶（130 × 130 × 15 mm）3).碳气凝胶（0.395 g/cm3）表现出低导热系数（0.09592 W/m·K）和高抗压强度（11.48 MPa）。为了进一步提高其力学性能，将有机纤维增强有机气凝胶复合材料复制裂解制备了一种无裂纹碳气凝胶复合材料，其抗压强度为1.63 MPa（应变为10%），弯曲强度为4.27 MPa，导热系数低（1100 °C时为0.107 W/m·K），密度为0.244 g/cm3，使其成为可靠的高温隔热材料。该工作还有望为环保型碳气凝胶高温保温材料的工业化制备提供可行的方法。
文献：
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