[发明专利]一种碳气凝胶包覆金属球的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳气凝胶包覆金属球的制备方法及应用，包括：将金属盐溶液逐滴加入到海藻酸钠溶液中，并进行充分搅拌得到湿凝胶；将湿凝胶倒入球形模具中使其充满球形磨具的一半体积；静置一夜后在其中间放入金属球，继续加入湿凝胶充满模具；再静置一夜后取出得到湿凝胶包覆金属球；将湿凝胶包覆金属球放在无水丙酮液体中浸泡，将其中的水分置换为丙酮；将置换后的固体固体样品进行超临界干燥，得到气凝胶包覆金属球；将气凝胶包覆金属球放在管式炉中，在惰性气体保护下煅烧，得到碳气凝胶包覆金属球。本发明制备出含有中空纳米球结构的碳气凝胶，以海藻酸钠作为碳源，引入二价金属离子，置换“蛋盒”结构中的钠离子，安全环保且成本较低。

技术领域

本发明涉及一种碳气凝胶包覆金属球的制备方法及其在核聚变反应堆或聚变裂变混合反应堆中作为能量引爆核心靶丸的应用。

背景技术

现有技术使用间苯二酚和甲醛作为有机气凝胶的反应物，使用Na₂CO₃来作为反应的碱性催化剂，用溶胶-凝胶法制备出有机湿凝胶，溶剂交换后，采用CO₂超临界干燥技术制备出有机气凝胶，然后在惰性气体环境下高温退火碳化制备出碳气凝胶。碳气凝胶相比较普通有机气凝胶有着优异的导电性，是一种新型连续多孔材料，它由三维网络结构的碳纳米颗粒组成，有着超高的比表面积，且可以通过调整反应物与催化剂的比例等手段来控制孔径结构以及比表面。碳气凝胶凭借着这些优良的特性在储氢、声学、催化以及电化学领域均有着广阔的应用前景。

碳气凝胶在各领域的具体应用有以下几个方面：碳气凝胶在储氢方面有着重要的应用。在新能源领域中，氢能逐渐受到人们的关注，氢能热值高，环境友好，被认为是一种未来能源，但是氢能的发展主要受限于储氢材料的容量大小。碳气凝胶由于具有很高的比表面积和孔隙率，且由于孔道与外界相同，能够较好的吸收和释放氢气，被认为是一种很有发展前景的储氢材料。此外，碳气凝胶储氢性能的优异，意味着它在核聚变领域中也有着重要的应用价值。惯性约束聚变要在短时间内用激光照射靶丸材料，靶丸材料主要由氘氚燃料组成，氘氚作为氢的同位素，自然需要有着较好的储氢性能的材料来存储，故碳气凝胶可以被用来制作靶丸材料。目前，间苯二酚-甲醛(RF)碳气凝胶作为重要的靶丸材料已经获得了国际上的认可。碳气凝胶在声学领域的应用主要归功于其具有较低的传播速率，以及声阻抗的变化范围较大，可被用来做阻抗耦合材料。而多孔的物理结构也可被用来做隔音材料。在催化领域，碳气凝胶很高的比表面积，三维孔道网状结构使得其可以被用来做催化剂的载体，其特殊的结构不仅可以承载催化剂，还能对催化剂起到一定的保护作用。在电化学领域，由于超级电容器的快速发展，碳气凝胶凭借自身较好的导电性，大的比表面积以及三维网状结构，作为双电层电极材料有着良好的电化学性能，同时，其多孔结构作为载体，还可以负载金属化合物来制作混合电容电极材料，这些特性都使得它在电化学领域有着广阔的发展空间。此外，在其他应用领域，间苯二酚-甲醛(RF)碳气凝胶由于有着较好的耐高温性能和生物相容性，在航空航天、生物医疗等等高新技术领域都有着广泛的应用。

近些年来，生物质气凝胶材料由于安全环保且成本较低，随着绿色发展的理念越来越受到人们的重视。而海藻酸盐作为多糖的一种，具有优异的形成凝胶的能力，海藻酸盐聚合物可以和大多数多价阳离子反应形成交联物，通过交联区段长链分子形成三维网状结构，并绞合在一起形成凝胶。此外，海藻酸盐还可以形成一种“蛋盒”型成胶结构，通过离子交换置换为金属离子，即可合成掺杂不同金属的气凝胶。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的在于制备安全环保且成本较低的碳气凝胶，以海藻酸钠作为碳源，引入二价金属离子，置换“蛋盒”结构中的钠离子，成胶后根据柯肯达尔效应进行退火处理，即可制备出含有中空结构金属氧化物的碳气凝胶。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种碳气凝胶包覆金属球的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将金属盐溶液逐滴加入到海藻酸钠溶液中，并进行充分搅拌得到湿凝胶；