泡沫炭（foam carbon）是指泡沫狀多孔質的炭素材料。泡沫炭是一種由孔泡和相互連線的孔泡壁組成的具有三維網狀結構的輕質多孔材料。除具有炭材料的常規性能外，泡沫炭還具有密度小、強度高、抗熱震、易加工等特性和良好的導電、導熱、吸波等物理和化學性能，通過與金屬或非金屬複合，可以獲得高性能的結構材料。這些優異的性能使泡沫炭在化工、航空航天、電子等諸多技術領域極具套用潛力。泡沫炭材料的研究內容涉及新原料的選擇與調變、製備工藝技術的開發和最佳化、產品的微觀結構、材料的力學性能、熱性能的揭示和調控以及最佳套用途徑的拓展等各個方面。
基本介紹
- 中文名：泡沫炭
- 外文名：foam carbon
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 釋義：泡沫狀多孔質的炭素材料
簡介,特點及其套用,泡沫炭的結構,泡沫炭的製備原料,泡沫炭的製備方法,
簡介
泡沫炭（foam carbon）是指泡沫狀多孔質的炭素材料。
特點及其套用
泡沫炭是一種由孔泡和相互連線的孔泡壁組成的具有三維網狀結構的輕質多孔材料。除具有炭材料的常規性能外，泡沫炭還具有密度小、強度高、抗熱震、易加工等特性和良好的導電、導熱、吸波等物理和化學性能，通過與金屬或非金屬複合，可以獲得高性能的結構材料。這些優異的性能使泡沫炭在化工、航空航天、電子等諸多技術領域極具套用潛力。泡沫炭材料的研究內容涉及新原料的選擇與調變、製備工藝技術的開發和最佳化、產品的微觀結構、材料的力學性能、熱性能的揭示和調控以及最佳套用途徑的拓展等各個方面。
泡沫炭的結構
泡沫炭孔結構良好，韌帶光滑，無裂紋，氣泡封閉。泡沫炭具有低透射率(低於1%)、低熱膨脹係數（1.15×10~4×10℃-1）、高熱導率和高拉伸強度。典型泡沫炭的微觀結構(如圖1(a))是由分布在各個方位上結構完整大小不一的中空微球，由有機物揮發形成的內空隙和泡沫基體組成的。泡沫炭在偏振光下呈現出局部開孔、韌帶細、間隔薄的不同形狀大小、結構緊密的球體光學結構(如圖1(b))。典型泡沫炭有較高的強度/密度比，其壓縮強度為25.8MPa，體積密度為0.69g/cm。低密度的泡沫炭具有良好的力學性能，其中密度為0. 1g/cm下的泡沫炭具有2GPa的壓縮模量。
根據石墨化程度不同，泡沫炭分為石墨化和非石墨化兩種結構，這兩種結構都有較高的開孔率，其相對密度與其導電和導熱性能成線性關係。
根據孔狀結構不同，泡沫炭分為網狀泡沫和多孔狀泡沫。網狀泡沫是由泡沫組成的交織的網狀結構，密度為0.08~0.80g/cm；多孔泡沫炭是由細胞壁上出現小針孔狀的空心球體組成的多孔結構，密度在0. 35 ~0. 80 g/cm。在製備上述兩種泡沫炭的過程中，起泡壓力是影響孔形貌結構的主要因素。
圖1泡沫炭的製備原料
國內外使用不同的前軀體製備泡沫炭並對其性質進行研究，不同的前軀體製備出的泡沫炭的性質各異(表1)。國內外製備泡沫炭的前軀體主要以瀝青、聚氨酯、酚醛樹脂和生物質為主。
表1 不同前軀體泡沫炭的基本性質泡沫炭的製備方法
（1）超臨界法
超臨界法是通過選用合適前驅體、超臨界溶劑，改變壓力、溫度、壓力釋放速率、溶劑比例以及保溫時間等發泡條件製備泡沫炭前驅體，然後進行氧化、炭化以及石墨化，可得到孔泡結構發達、孔徑分布均勻、開孔率高、孔尺寸小的泡沫炭。
（2）模板法
模板法可製備出不同形狀、無裂紋、不收縮的泡沫炭，泡沫炭的巨觀、微孔形貌及尺寸由選用的模板及工藝條件決定。該法製備的泡沫炭強度較低、周期較長，但在淨化、催化劑載體和儲能方面展示出較大潛力。
（3）輻射法
Xing等以低密度聚乙烯為原料在封閉容器內通過Co射線輻射製備出交聯聚乙烯微孔泡沫炭。
