大赞！首次制造出多孔结构均匀的碳纤维！

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。