PMMA/PAN核壳聚合物微球组装三维有序大孔炭材料及其结构控制

本项目提出一种以聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈（PMMA/PAN）核壳聚合物微球组装制备三维有序大孔炭材料的新方法，并对其结构、性能进行研究。前期研究表明，PMMA/PAN核壳微球经加热处理后，既有可能形成单分散的碳纳米空心球，也有可能形成组装团聚的三维大孔炭材料，如果控制适当并引入组装排列过程，则有可能通过PMMA/PAN核壳微球的加热处理制得三维有序大孔炭材料。重点研究三维有序大孔炭材料的制备规律，PMMA/PAN微球的自烧结性及大孔炭材料骨架的稳定结构问题；同时还将对其抗压缩性及导热性等进行研究，建立结构与性能之间的关系。该制备方法无需经过胶晶模板法中最复杂的前驱体填充步骤，且材料骨架可在较宽范围内调控，具有稳定几何结构，有可能具有良好的抗压缩性，并兼具一定的热学性能。研究结果将对三维有序大孔炭材料的制备工艺进步和结构设计起到重要促进作用，并丰富聚合物加热处理制备炭材料的相关理论。

本项目发展了一种以聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈（PMMA/PAN）核壳聚合物微球组装制备三维有序大孔炭材料的方法，并对其结构、性能进行了研究。其中在大孔炭材料的制备中，着重研究了以PMMA为核层聚合物、PAN为壳层聚合物的核层聚合物、核壳聚合物及空心壳层聚合物的可控聚合制备，其中核层聚合物直径可在几十到几百纳米之间变化，包覆在核层外的壳层聚合物厚度可在数十到上百纳米之间变化，空心壳层聚合物的直径可在几十到上百纳米之间变化。另外，还研究了以核壳聚合物及空心壳层聚合物对加热制备大孔炭材料的影响因素及所制材料的结构特征，发现核壳的大小及壳层的厚度、干燥方式、加热速率等对大孔的开闭状况有较大影响，小的核壳、厚的壳层、温和的干燥方式及加热速率容易形成相对封闭的大孔材料。所制多孔炭材料的电性能与炭化温度有较大关系，比电容随炭化温度的增加而不断增加，当炭化温度为800℃时，比电容达到最大值。