AM：通过模板-涂层配对设计宏观制备轻质高强度多孔碳泡沫

Nanoyu

2022-12-18

低密度-高强度泡沫碳的制造可以使建筑、运输和包装行业受益。一种成功的制备轻质和机械强度高的泡沫碳的方法是聚合物结构的热解，这不可避免地伴随着剧烈的体积收缩(通常>98%)。因此，这些材料的一个挑战在于保持整体尺寸，长度差距从厘米到纳米几个数量级。

近日，芝加哥大学Chong Liu，Stuart J Rowan提供了一种用于宏观合成多孔热解碳泡沫的平台，其优化了密度、强度和尺寸稳定性。该平台突出了两个关键特征，形成了一个强大的模板涂层对，非常适合热解带来的苛刻条件。

文章要点

1）首先，选择一种可扩展的、多孔的、开孔的、整体式结构作为模板，这种结构具有赋予强度的特性——分级孔隙率、小支柱尺寸和高节点密度。

2）第二，高起始碳化温度-低焦炭产率聚合物模板与相对低起始碳化温度-高焦炭产率聚合物涂层的组合。

3）利用这些特征可以获得宏观多孔碳泡沫，其具有(1)由可调涂层厚度导致的对密度(0.04-0.4 g cm^-3)的确定性控制，(2)由不匹配的模板涂层碳化行为导致的分级孔分布、小支柱直径和大节点密度，以及(3)由不匹配的模板涂层分解行为导致的中空支柱结构。

4）具有高尺寸稳定性(约80%的尺寸保持率；约50%体积保留率)和上述赋予强度的性质，所得宏观多孔碳结构表现出高达约44 MPa(在约0.41g·cm^-3下)的材料强度和高达013 GPa·g-1cm^-3的比强度——目前合成碳质泡沫中报道的一些最高值。

参考文献

Adarsh Suresh, et al, Macroscale fabrication of lightweight and strong porous carbon foams through template-coating pair design, Adv. Mater., 2022

DOI: 10.1002/adma.202206416

https://doi.org/10.1002/adma.202206416