炭氣凝膠，是一種輕質(zhì)的多孔性固體物質(zhì)，屬于新型納米炭材料，通常呈現(xiàn)黑色或深灰色。其密度較低，約為0.1-0.3g/cm3，具有連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔隙率可高達(dá)80-98%，網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒直徑在3-20nm之間，比表面積則高達(dá)600-1100m2/g。這種高孔隙率和大比表面積的特性，使得炭氣凝膠能夠通過孔隙內(nèi)的分子篩選、催化反應(yīng)等方式，在吸附分離、催化等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，炭氣凝膠可以用于氣體分離、凈化以及廢水處理等過程，能夠有效去除水中的重金屬離子和有機(jī)污染物。
炭氣凝膠的制備方法多樣，常見的有溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法等。其中，溶膠-凝膠法是先將有機(jī)前驅(qū)體溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬删鶆虻娜芤海�然后加入催化劑促進(jìn)聚合反應(yīng)，得到凝膠狀產(chǎn)物，再對凝膠進(jìn)行干燥處理，去除溶劑和其他揮發(fā)性成分，從而獲得炭氣凝膠�；瘜W(xué)氣相沉積法則是將含碳的有機(jī)物或無機(jī)物在高溫下進(jìn)行熱解，生成碳納米顆粒，隨后通過控制溫度和壓力等條件，使這些碳納米顆粒在氣凝膠中自組裝成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最后得到炭氣凝膠。
炭氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在能源儲(chǔ)存方面，高比表面積和孔隙率使炭氣凝膠成為理想的電極材料，能夠顯著提高超級電容器和鋰離子電池的能量儲(chǔ)存能力，加快離子在電極材料中的擴(kuò)散速度，進(jìn)而提高電池的充放電速率和能量密度。在催化領(lǐng)域，炭氣凝膠可作為催化劑載體，負(fù)載各種活性組分，為催化劑提供更多的活性位點(diǎn)，從而提高催化反應(yīng)的效率。此外，炭氣凝膠還具有良好的導(dǎo)電性和敏感性，可用于制備傳感器，通過檢測其電阻、電容等電學(xué)性質(zhì)的變化，實(shí)現(xiàn)對各種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。
近些年，我國相關(guān)企業(yè)在炭氣凝膠的制備技術(shù)上取得了顯著進(jìn)展。例如，2024年2月，南京精工新材料有限公司取得了“碳?xì)饽�膠的生產(chǎn)制備用干燥裝置”專利，通過增加隔板、干燥熱管、成品干燥箱等部件，提高了干燥效果，從而有助于提升炭氣凝膠的生產(chǎn)質(zhì)量和效率；2023年5月，愛彼愛和新材料有限公司申請了“炭氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用”專利，該方法可使炭氣凝膠兼具低密度和高比表面積的優(yōu)點(diǎn)。
 同時(shí)，我國相關(guān)企業(yè)也不斷挖掘炭氣凝膠潛藏價(jià)值，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。2024年12月，上海交通大學(xué)趙亞平教授、譚慧君助理研究員等發(fā)表名為“AII-CarbonPiezoresistive Sensor: Enhanced Sensitivity and Wide Linear Rangevia Multiscale Design for Wearable Applications”的論文，研究介紹了一種全碳壓阻傳感器，該傳感器集成了雙面金字塔形碳?xì)饽�膠作為傳感層，具有生物相容性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和制造工藝簡單等特點(diǎn)，可用于實(shí)時(shí)生理信號監(jiān)測、語音識別等。我國炭氣凝膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，在技術(shù)和應(yīng)用方面不斷取得新突破。