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大赞!首次制造出多孔结构均匀的碳纤维!

所属分类:行业动态 | 浏览次数:0 | 发布日期:2019-02-16 08:55:46

弗吉尼亚理工大学科学学院一名教授希望利用储存在飞机外壳内的能量为飞机和汽车提供动力。他已经发现了一种方法,利用由嵌段共聚物制成的多孔碳纤维来实现这一设想。碳纤维是一种高性能的工程材料,广泛应用于航空航天和汽车工业。其中一个应用是豪华车的外壳,比如梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)、宝马(BMW)或兰博基尼(Lamborghini)。碳纤维是一种细如发丝的碳纤维,具有多种主要的材料性能:它们具有机械强度高、耐化学腐蚀、导电、阻燃等性能,或许最重要的是,它们重量轻。碳纤维的重量提高了燃料和能源效率,生产更快的飞机和车辆。


为结构和功能设计材料

博科园-科学科普:创造出不仅在结构上有用的碳纤维,它们在功能上也很有用。如果能把它们设计成具有储能等功能呢?如果想让它们储存能量,需要有放置离子的位置。理想情况下,碳纤维可以设计成微孔均匀分布在各处,就像海绵一样,可以储存能量离子。对传统的化学制备碳纤维的方法进行了改进,现在首次开发出了一种尺寸和间距均相同的多孔碳纤维的合成方法。其研究成果发表在《科学进展》上的一篇高影响力论文中详细阐述了这项研究工作。制造多孔碳纤维并不容易,人们已经尝试了几十年,但碳纤维中气孔的质量和均匀性均不理想。在实验室里设计、合成、加工这些聚合物,然后把它们制成多孔碳纤维。

用嵌段共聚物制备多孔碳纤维

 

使用了一种多步骤的化学过程,使用了两种聚合物(长而重复的分子链)称为聚丙烯腈(PAN)和聚(丙烯腈块-甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。PAN作为碳纤维的前体化合物,在高分子化学领域非常有名,而PMMA作为一种持位材料,随后被去除,形成孔隙。但在过去,其他化学家通常将PAN和PMMA分别混合到溶液中。这就产生了多孔碳纤维,但孔径和间距不同。表面积越大,储能越好。表面积越大,孔隙越小,孔隙越均匀。聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结合的新想法,创造了所谓的嵌段共聚物。化合物聚合物的一半是PAN,另一半是PMMA,它们在中间成共价键。这是第一次用嵌段共聚物来制造碳纤维,也是第一次用嵌段共聚物制成的多孔碳纤维来储能。
 

能量储存的新可能性

 

虽然这一突破改善了已经高性能的工程材料,但也许更大的突破是能够使用嵌段共聚物来创建统一的多孔结构,从而实现能量存储的可能性。这开启了我们设计储能材料的思路,现在也可以开始考虑功能了,不仅使用(碳纤维)作为结构材料,而且使用(碳纤维)作为功能材料。

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