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气凝胶材料的研究进展 被引量:46
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作者 吴晓栋 宋梓豪 +10 位作者 王伟 崔艺 黄舜天 严文倩 马悦程 赵一帆 黄龙金 李博雅 林本兰 崔升 沈晓冬 《南京工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第4期405-451,共47页
气凝胶材料是一种由纳米粒子或聚合物分子链组成的具备三维纳米结构的多孔材料,具有低密度、高孔隙率、高孔体积和高比表面积等结构特点,显现出优异的光、热、声、电和力学等特性,在航空航天、石油化工、环境保护、建筑保温、能量储存... 气凝胶材料是一种由纳米粒子或聚合物分子链组成的具备三维纳米结构的多孔材料,具有低密度、高孔隙率、高孔体积和高比表面积等结构特点,显现出优异的光、热、声、电和力学等特性,在航空航天、石油化工、环境保护、建筑保温、能量储存与转化等领域具有广泛的应用价值。迄今为止,气凝胶的种类已由最初的SiO2气凝胶发展到了具有特定功能的各类新型气凝胶,从而有效拓宽了气凝胶的应用范围。气凝胶材料通常采用溶胶凝胶、老化、溶剂置换并结合超临界干燥、冷冻干燥或常压干燥等过程制备。气凝胶材料按照组成可以分为单组分气凝胶和多组分气凝胶,其中单组分气凝胶主要包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、石墨烯气凝胶(GA)、量子点气凝胶、聚合物基有机气凝胶、生物质基有机及C气凝胶和其他种类气凝胶,而多组分气凝胶由两种及以上单组分气凝胶构成或者由纤维、晶须、纳米管等作为增强体所形成的气凝胶复合材料。本文主要介绍各类单组分及其复合气凝胶材料的制备方法及其在隔热、吸附、催化、储能转化和生物医用等领域的应用,对近年来气凝胶在制备及应用方面所取得的突破性进展进行了综述。同时也指出在基础研究方面亟需通过理论计算和实验研究相结合,实现气凝胶网络结构生长调控、表面组成及化学结构调控和高温组织结构稳定性调控;在功能型气凝胶材料开发方面,通过反应机制深入研究气凝胶材料结构和性能关联,实现高性能的多功能型气凝胶材料突破性进展;在规模化应用方面,寻找成本低廉的前驱体原料和降低气凝胶干燥成本是气凝胶产业化进程长远发展的关键。 展开更多
关键词 气凝胶 复合气凝胶 氧化物 碳化物 氮化物 石墨烯 量子点 聚合物 生物质 碳气凝胶 隔热材料 吸附 催化剂 生物医用 储能转化
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耐高温气凝胶隔热材料的研究进展 被引量:33
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作者 吴晓栋 崔升 +3 位作者 王岭 邵高峰 焦健 沈晓冬 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期102-108,共7页
气凝胶极高的孔隙率有效降低了材料的固相热传导,孔径主要分布在介孔范围内(2~50nm),有效抑制了气相传热,而遮光剂的引入可起到很好的反射、吸收和再散射作用,进一步降低气凝胶的辐射热传导,从而使得气凝胶材料具备极低的热导率,是一... 气凝胶极高的孔隙率有效降低了材料的固相热传导,孔径主要分布在介孔范围内(2~50nm),有效抑制了气相传热,而遮光剂的引入可起到很好的反射、吸收和再散射作用,进一步降低气凝胶的辐射热传导,从而使得气凝胶材料具备极低的热导率,是一种优质的高效隔热材料。根据组分的不同,气凝胶主要可分为氧化物气凝胶、炭气凝胶和碳化物气凝胶。氧化物气凝胶材料在高温区(〉1000℃)容易发生晶型转变及颗粒的烧结,其耐温性相对较差,但是其在中高温区(〈1000℃)具备较低的热导率。炭气凝胶材料在真空或惰性氛围下耐温性最高可达3000℃,2000℃下热导率低至0.601W·m-1·K-1,密度可调,但是该材料在有氧氛围下容易发生烧蚀,这需要通过涂覆某些抗氧化性涂层来加以有效解决。碳化物气凝胶材料目前研究较为匮乏,报道最多的是碳化硅气凝胶,但是也仅限于对该材料的制备与表征,而对于其热学性能方面的研究仍然较少。主要介绍了这三大类耐高温气凝胶隔热材料的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 隔热材料 氧化物气凝胶 有机炭气凝胶 碳化物气凝胶
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常压干燥法制备炭气凝胶 被引量:20
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作者 郭艳芝 沈军 王珏 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 2001年第3期55-57,共3页
炭气凝胶是一种具有交联状结构的新型纳米多孔材料 ,它是用溶胶 凝胶法和超临界干燥工艺制成的有机气凝胶 (RF)经炭化得到的。它具有比表面积大和电导率高等特性 ,可用作超级电容器和可充电电池理想的电极材料。通过优化传统制备炭气凝... 炭气凝胶是一种具有交联状结构的新型纳米多孔材料 ,它是用溶胶 凝胶法和超临界干燥工艺制成的有机气凝胶 (RF)经炭化得到的。它具有比表面积大和电导率高等特性 ,可用作超级电容器和可充电电池理想的电极材料。通过优化传统制备炭气凝胶的工艺 ,成功地在常压条件下制备出了高RC比 (间苯二酚与催化剂的摩尔比 )的RF气凝胶和炭气凝胶。用扫描电子显微镜 (SEM)、比表面积测试与孔径分布 (BET)等方法对其微结构进行了研究。结果表明 ,常压干燥法制备的炭气凝胶也具有纳米网络结构和大比表面积。用常压干燥代替了超临界干燥 ,大大降低了制备成本 。 展开更多
关键词 RF气凝胶 炭气凝胶 溶剂替换 常压干燥法 纳米多孔材料
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电吸附除盐技术进展及其应用 被引量:23
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作者 李定龙 申晶晶 +1 位作者 姜晟 孙晓慰 《水资源保护》 CAS 北大核心 2008年第4期63-66,共4页
评述了石墨、活性炭和炭气凝胶三类主要电吸附材料除盐技术,通过电吸附系统的开发研究,提出炭材料电吸附除盐工艺具有较大优势,在去除各种盐类阴、阳离子方面有独特的优势和功效。
关键词 电吸附 水处理 石墨 活性炭 炭气凝胶
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炭气凝胶的制备、性能及应用 被引量:15
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作者 李文翠 陆安慧 郭树才 《炭素技术》 CAS CSCD 2001年第2期17-20,共4页
炭气凝胶是一种新型、轻质、纳米、多孔、非晶态炭材料 ,具有可在纳米尺度控制和剪裁的连续的三维网络结构 ,具有许多优异的性能和广阔的应用前景。通过结合所从事研究工作 ,综述了气凝胶的制备、性能及应用 ,分析了目前存在的问题和发... 炭气凝胶是一种新型、轻质、纳米、多孔、非晶态炭材料 ,具有可在纳米尺度控制和剪裁的连续的三维网络结构 ,具有许多优异的性能和广阔的应用前景。通过结合所从事研究工作 ,综述了气凝胶的制备、性能及应用 ,分析了目前存在的问题和发展前景。 展开更多
关键词 炭气凝胶 微结构 纳米材料
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炭气凝胶为电极的超级电容器电化学性能的研究 被引量:17
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作者 孟庆函 刘玲 +2 位作者 宋怀河 张睿 凌立成 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期593-598,共6页
炭气凝胶电极的电化学测试表明,炭气凝胶具有性能稳定、充放电效率高、适合于大电流充放电等优良性能.炭气凝胶储电的影响因素主要来自于比表面积、孔容和孔结构分布的综合作用.孔容较大,平均孔径较宽时,储电能力较大,且大孔容对电极材... 炭气凝胶电极的电化学测试表明,炭气凝胶具有性能稳定、充放电效率高、适合于大电流充放电等优良性能.炭气凝胶储电的影响因素主要来自于比表面积、孔容和孔结构分布的综合作用.孔容较大,平均孔径较宽时,储电能力较大,且大孔容对电极材料储电是相当有利的.在高比表面积活性炭中添加不同比例的炭气凝胶,可以提高电极的比电容,炭气凝胶含量为15%时,电极比电容最高. 展开更多
关键词 炭气凝胶 超级电容器 活性炭
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电化学电容器碳基电极材料研究进展 被引量:11
7
作者 赵淑红 吴锋 苏岳锋 《材料导报》 EI CAS CSCD 2003年第4期46-49,共4页
综述了应用于电化学电容器的各种新型碳材料(活性碳粉、碳气凝胶、碳纳米管)的制备方法、材料特性、电化学性能,提出了在选择电容器碳基电极材料时需要遵循的几项原则。
关键词 碳基电极材料 电化学电容器 活性碳 碳气凝胶 碳纳米管
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碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制 被引量:17
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作者 秦仁喜 沈军 +4 位作者 吴广明 周斌 王琴 倪星元 郭艳芝 《过程工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期429-433,共5页
研究了碳气凝胶在常压条件下的制备过程和干燥方法. 用扫描电镜、比表面测量仪及孔径分布仪对其结构进行了表征与测试. 通过改变催化剂和溶剂的用量,可以实现碳气凝胶的颗粒直径及孔洞由纳米到微米级的连续调节. 通过降低催化剂浓度并... 研究了碳气凝胶在常压条件下的制备过程和干燥方法. 用扫描电镜、比表面测量仪及孔径分布仪对其结构进行了表征与测试. 通过改变催化剂和溶剂的用量,可以实现碳气凝胶的颗粒直径及孔洞由纳米到微米级的连续调节. 通过降低催化剂浓度并以丙酮进行溶剂替换,成功实现了碳气凝胶的常压干燥. 常压干燥样品具有250~650 kg/m3的低密度和250~550 m2/g的高比表面积. 分析了其溶胶(凝胶反应机理,围绕毛细压力和材料强度等方面探讨了其常压干燥的实现途径. 展开更多
关键词 碳气凝胶 常压干燥 毛细压力
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超级电容器炭基电极材料研究进展 被引量:11
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作者 刘国阳 周安宁 《炭素》 2006年第4期27-30,26,共5页
电极是超级电容器的关键部件,电极材料的性能对电容器的电容特性起着关键作用。本文综述了超级电容器的各种炭基电极材料的研究现状以及其发展趋势,通过对各种炭材料的改性和炭材料复合能有效的提高电容器的电容特性。
关键词 超级电容器 活性炭 炭黑 炭纤维 炭气凝胶 碳纳米管
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有机气凝胶和碳气凝胶的研究与应用 被引量:16
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作者 王珏 沈军 《材料导报》 EI CAS CSCD 1994年第4期54-57,共4页
有机气凝胶与碳气凝胶是国际上近年来相继研制成功的新型纳米多孔性材料。介绍了有机气凝胶与碳气凝胶的制备过程、基本性质及应用前景。
关键词 凝胶 有机气凝胶 碳气凝胶 纳米多孔材料
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超临界石油醚干燥和超临界二氧化碳干燥在制备有机和炭气凝胶中的比较研究(英文) 被引量:11
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作者 张睿 詹亮 +4 位作者 孟庆函 梁晓怿 吕春祥 李开喜 凌立成 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第1期7-10,共4页
 热固性酚醛树脂-羟甲基三聚氰胺经历聚合反应、溶胶-凝胶、超临界干燥和裂解过程生成了有机和炭气凝胶。比较了超临界石油醚干燥(240℃、6.0MPa下1h)和超临界二氧化碳干燥(60℃、10.0MPa下7d)在制备有机和炭气凝胶过程中的作用。结果...  热固性酚醛树脂-羟甲基三聚氰胺经历聚合反应、溶胶-凝胶、超临界干燥和裂解过程生成了有机和炭气凝胶。比较了超临界石油醚干燥(240℃、6.0MPa下1h)和超临界二氧化碳干燥(60℃、10.0MPa下7d)在制备有机和炭气凝胶过程中的作用。结果发现:超临界石油醚干燥时间比超临界二氧化碳的显著短,虽然前者制备的有机气凝胶的BET比表面和中孔孔容比后者小,但前者制备的有机气凝胶在热裂解过程中的热稳定性比后者好,因此,超临界石油醚干燥制备的炭气凝胶的BET比表面和中孔孔容均比超临界二氧化碳的大。超临界石油醚干燥可以替代超临界二氧化碳干燥来制备炭气凝胶。 展开更多
关键词 超临界石油醚 超临界二氧化碳 超临界干燥技术 炭气凝胶 有机气凝胶 孔隙
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常压干燥制备炭气凝胶及其电化学行为的研究 被引量:14
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作者 李文翠 胡浩权 +1 位作者 朱玉东 朱盛维 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期217-222,共6页
以甲酚为原料,添加适量的间苯二酚,在氢氧化钠催化作用下与甲醛聚合,经溶胶凝胶、溶剂置换、常压干燥和900℃炭化过程可制备纳米多孔材料炭气凝胶。N2吸附测试表明所制备炭气凝胶BET比表面积高于500m2/g,在8 nm^20 nm范围具有集中的孔... 以甲酚为原料,添加适量的间苯二酚,在氢氧化钠催化作用下与甲醛聚合,经溶胶凝胶、溶剂置换、常压干燥和900℃炭化过程可制备纳米多孔材料炭气凝胶。N2吸附测试表明所制备炭气凝胶BET比表面积高于500m2/g,在8 nm^20 nm范围具有集中的孔径分布,适合于做双电层电容器的电极材料。采用电化学阻抗谱测试电极的电化学行为,结果显示炭气凝胶电极在1mol/L的H2SO4电解液中的体积比电容接近70 F/cm3,质量比电容最高达97 F/g。 展开更多
关键词 炭气凝胶 双电层电容器 电化学阻抗谱
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碳气凝胶电极用于NaCl溶液电容性除盐的研究 被引量:13
13
作者 秦仁喜 沈军 +2 位作者 薛辉 吴广明 周斌 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期53-55,共3页
碳气凝胶是一种新型多孔碳材料,具有比表面积大、电导率高的特点。本文通过常压干燥制备了碳气凝胶,研究测试了其结构特性,用N aCl溶液模拟海水,利用CD I原理,以碳气凝胶作电极进行了N aC l溶液的除盐实验。实验表明,决定碳气凝胶的除... 碳气凝胶是一种新型多孔碳材料,具有比表面积大、电导率高的特点。本文通过常压干燥制备了碳气凝胶,研究测试了其结构特性,用N aCl溶液模拟海水,利用CD I原理,以碳气凝胶作电极进行了N aC l溶液的除盐实验。实验表明,决定碳气凝胶的除盐效果的主要因素为比表面积和电导率。在不同配比结构中,以R/C为1500、M值为30%的碳气凝胶电极的除盐效果最佳。利用双电层电容模型解释探讨了碳气凝胶电极的除盐机理。 展开更多
关键词 碳气凝胶 除盐 电极 电容性 NACL溶液 比表面积 多孔碳材料 双电层电容 常压干燥 结构特性 电导率 CDI 模型解 实验
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酚醛-糠醛基炭气凝胶的合成和表征 被引量:6
14
作者 张睿 梁晓怿 +3 位作者 詹亮 李开喜 吕春祥 凌立成 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 2002年第4期23-28,共6页
 用低软化点线性酚醛树脂和糠醛为原料以正丙醇为溶剂在盐酸催化下经溶液-溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,将其在石油醚(30℃~60℃)中,超临界条件250℃,7MPa下干燥1h获得酚醛-糠醛有机气凝胶,将有机气凝胶在氮气保护下,以5℃ min速率升温...  用低软化点线性酚醛树脂和糠醛为原料以正丙醇为溶剂在盐酸催化下经溶液-溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,将其在石油醚(30℃~60℃)中,超临界条件250℃,7MPa下干燥1h获得酚醛-糠醛有机气凝胶,将有机气凝胶在氮气保护下,以5℃ min速率升温到850℃并在该温度下保持3h裂解生成了炭气凝胶。用氮气吸附和透射电镜(TEM)表征了所得炭气凝胶。结果表明:炭气凝胶富含中大孔。随酚醛-糠醛比的增加,炭气凝胶的大孔和中孔孔容分别减小,大孔孔容变化幅度较大,微孔孔容很小。TEM图片表明:炭气凝胶的纳米骨架随酚醛-糠醛比的增加而增大。 展开更多
关键词 酚醛 糠醛 炭气凝胶 合成 表征 酸凝胶 孔容 透射电镜
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纳米多孔碳气凝胶的储氢性能 被引量:14
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作者 沈军 刘念平 +4 位作者 欧阳玲 周斌 吴广明 倪星元 张志华 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1517-1522,共6页
以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶工艺,结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术,制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数,实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以... 以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶工艺,结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术,制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数,实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电镜、X射线衍射谱证实了钯元素以纳米单质颗粒形式存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理,成功提高了比表面积有2倍之多,获得了比表面积为1 273m2/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明:最优活化工艺所得的碳气凝胶样品(3 212m2/g)在92K,3.5MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%,此样品在303K,3.2MPa时的储氢质量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温(303K)氢吸附测试表明,掺杂后碳气凝胶的总储氢质量分数下降了,但单位比表面积的储氢质量分数提高了。 展开更多
关键词 碳气凝胶 吸附储氢 气体吸附法 气体活化 金属掺杂
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炭气凝胶的制备 被引量:7
16
作者 秦国彤 魏微 郭树才 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第5期488-492,共5页
通过对RF有机气凝胶进行炭化,成功地制备了具有纳米网络结构的炭气凝胶。系统考察了炭化条件及溶胶-凝胶过程条件对炭气凝胶性质的影响,并对所得的炭气凝胶进行了TEM表征。
关键词 有机气凝胶 炭化 炭气凝胶
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炭气凝胶的制备及应用进展 被引量:9
17
作者 蒋亚娴 陈晓红 宋怀河 《炭素技术》 CAS CSCD 2007年第1期28-33,共6页
炭气凝胶是一种结构新颖的中孔材料,具有很多特殊的性质。本文在简要介绍炭气凝胶制备过程的基础上,综述了近年来炭气凝胶结构改性和应用方面的最新研究进展,主要包括球形和杂化炭气凝胶的研究现状,最后指出未来的发展方向。
关键词 炭气凝胶 制备 结构改性 应用
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碳气凝胶的传热规律及其在防隔热中的应用 被引量:10
18
作者 冯坚 冯军宗 +1 位作者 姜勇刚 张长瑞 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期1-6,共6页
综述了碳气凝胶耐超高温隔热材料的传热特性,分析了传热各组成部分的大小及影响因素,提出作为防隔热应用的碳气凝胶应具有的微观结构。介绍了碳气凝胶的在防隔热应用方面的研究进展及其未来需要解决的问题。
关键词 碳气凝胶 隔热材料 热导率 比消光系数
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苯酚-间甲酚-糠醛基炭气凝胶的制备及微结构控制(英文) 被引量:7
19
作者 龙东辉 张洁 +5 位作者 杨俊和 胡子君 李同起 成果 张睿 凌立成 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期165-170,共6页
以苯酚、间甲酚和糠醛为原料,在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶,在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶。用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征,考察了间甲... 以苯酚、间甲酚和糠醛为原料,在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶,在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶。用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征,考察了间甲酚苯酚摩尔比对凝胶结构的影响。结果发现:提高间甲酚的含量能够增强聚合物的交联密度,减小聚合物与溶剂的相溶性,缩短相分离时间,有利于得到较小的纳米颗粒和孔径的炭气凝胶。所制得的炭气凝胶平均中孔孔径随间甲酚含量的增加从47nm逐渐减小至13nm,BET比表面积和中孔孔容在m-C/P=0.33时达到最大值。 展开更多
关键词 炭气凝胶 溶胶-凝胶法 超临界干燥 密度 孔隙
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碳气凝胶及活化碳气凝胶电极材料制备与性能 被引量:9
20
作者 袁磊 袁秋月 +3 位作者 王朝阳 付志兵 张厚琼 唐永建 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期671-674,共4页
以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的... 以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的骨架结构,而是增加了大量的nm尺度微孔,从而大大提高了碳气凝胶的比表面积和微孔比例。在1 mol/L KOH电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1 mA/s电流密度下进行充放电测试,得到活化前电极比电容为103 F/g,活化后由于比表面积的增加,比电容达到371 F/g,是一种理想的电化学电极材料。 展开更多
关键词 超级电容器 碳气凝胶 比电容 循环伏安
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