超黑碳气凝胶的微结构调控、功能化改性及其性能研究

Carbon areogels are one of potential ultra-black materials, which have a variety of uses, including aerospace optical detector, solar thermal energy conversion detection and defense industry. However, the broadband anti-reflective property of carbon aerogels is not ideal and the related mechanism is not clear. Meanwhile, it lacks the systematical investigation on the synthesis and microstructure control of ultra-black carbon aerogels. Therefore, on the base of the study on the brodband anti-reflective mechanism, we have synthesized carbon aerogels with enhanced brodband anti-reflective property. Furthermore, we would study the effects of synthesis method and functional modification on the sol-gel process and microstructure control. The effect of microstructure control on the brodband anti-refective property of carbon aerogels would be also discussed. As a result, it would be considerable to explore application prospects of ultra-black carbon aerogels. Moreover, this research would enhance theoretic and experimental foundations on the investigation of structure–property relationship and show science and application values.

碳气凝胶是一种非常有前景的超黑材料，可广泛应用于航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域。但是，目前碳气凝胶在宽光谱波段的减反射吸光特性尚不理想，同时碳气凝胶宽光谱减反射吸光作用机理尚不清楚，缺乏有关碳气凝胶超黑材料的制备及其微结构控制的系统研究。本课题在开展碳气凝胶宽光谱减反射吸光作用机理研究的基础上，制备了宽光谱减反射吸光特性增强的碳气凝胶超黑材料，研究材料配方及功能化改性对其溶胶-凝胶转变和微结构的控制，探讨碳气凝胶微结构变化对其宽光谱减反射吸光等特性的影响，探索碳气凝胶超黑材料的应用前景。本项目的研究可用于增强微尺度下材料结构-性能间相互作用机制的理论和实验基础，具有重要的科学意义和实用价值。

碳气凝胶是一种非常有前景的超黑材料，可广泛应用于航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域。但是，目前碳气凝胶在紫外-可见-近红外宽光谱波段的减反射吸光特性尚不理想，同时碳气凝胶宽光谱减反射吸光作用机理尚不清楚，缺乏有关碳气凝胶超黑材料的制备及其微结构控制的系统研究。经过本项目三年来的支持，本项目组成功制备了微结构可控、宽光谱减反射吸光特性良好的碳气凝胶材料，所得碳气凝胶材料在紫外-可见-近红外光谱（400~2000 nm）范围内，透光率几乎为零，反射率低于0.24%，吸光率大于99.76%，表现出良好的宽光谱减反射吸光特性，属于一种典型的超黑材料（反射率低于1%，吸光率大于99%），并阐述了碳气凝胶超黑材料宽光谱减反射吸光特性的原理，认识了其微观构造与光的作用机制；通过功能化掺杂分别制备了石墨烯、铁磁性纳米粒子改性的碳基复合气凝胶，发展了一套碳气凝胶超黑材料及其功能化改性碳基复合气凝胶材料成型与微结构控制的普适方法，使其具备减反射吸光特性的同时，还有望在弹性导体、吸附分离、电化学储能、电磁屏蔽、吸波隐身等民用和军用领域具备潜在应用前景。本项目的研究成果进一步增强了微尺度下材料结构-性能间相互作用机制的理论和实验基础，具有重要的科学意义和实用价值。