超临界异相成核发泡制备泡沫炭及其结构调控

基于泡沫炭在航天航空、电子、能源等领域中的广泛应用前景，针对目前其孔结构难于调控和强度不足的现状，本课题拟采用超临界异相成核发泡方法，以中间相沥青、甲苯、多壁纳米碳管（MWCNTs）分别作碳质前驱体、发泡剂和成核剂，力图对孔径为10～50μm泡沫炭的孔结构和强度进行控制。根据固/液界面处的Gibbs自由能比均相系统低的特点，通过控制MWCNTs/中间相沥青的界面结构和超临界发泡条件来调控泡沫炭的孔结构；利用MWCNTs的一维纳米结构，降低中间相沥青的微域构筑单元在后期热处理过程中的热应力差异，进而消除孔壁及韧带处微裂纹的产生，并利用MWCNTs在基体炭中所形成的网络结构对泡沫炭进行复合增强。本课题将阐明超临界异相成核的成核动力学和发泡机理以及MWCNTs对基体炭的复合增强机制，揭示MWCNTs对中间相沥青微域构筑单元的诱导石墨化行为，并建立泡沫炭孔结构的均一性控制机制。

基于泡沫炭在航天航空、电子、能源等领域中的广泛应用前景，并针对目前其孔结构难于调控和强度不足的现状，本基金采用超临界发泡法制备泡沫炭。具体分别以中间相沥青、纳米碳纤维（CNFs）、甲苯作前驱体、成核剂和发泡剂，制得了系列孔径为10～100μm、压缩强度～10MPa的泡沫炭。同时，我们阐明了超临界异相成核机理、孔结构的均一性控制机制、CNFs的诱导石墨化及其复合增强机制等。该研究对加深泡沫炭的泡孔形成机理、孔结构的均一性控制及其复合强度机制的认识具有一定的理论指导意义。另外，我们结合泡沫炭的孔结构特征及基体碳的性质，展开了泡沫炭用作催化剂载体、生物污水固菌载体材料、A级节能建筑保温材料的应用基础研究，该研究对拓展泡沫炭的应用领域具有积极作用。在此国家自然科学基金的支持下，共有19篇SCI论文分别发表在Advanced materials、Jounal of power sources、Carbon、Chemical engineering science 等期刊上。