然界中碳的存在形式多種多樣，比如以單質(zhì)存在的石墨，其碳原子排列規(guī)則；以非晶態(tài)碳存在的無定形碳；以及在石墨晶體結(jié)構(gòu)與無定形碳之間存在的復(fù)雜中間結(jié)構(gòu)（(含微晶）的物質(zhì)即炭素材料。炭素材料與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，在許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。而作為一種功能型炭材料，泡沫炭以其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、密度低等化學(xué)性能及物理性能引起人們廣泛的關(guān)注。

什么是泡沫炭？

泡沫炭（CF）是一種由孔泡及孔壁組成的三維輕質(zhì)功能性炭材料。一般以富炭物質(zhì)為前驅(qū)體，經(jīng)過發(fā)泡、固化、炭化及石墨化等過程制得。如今，國(guó)內(nèi)外制備泡沫炭的前驅(qū)體主要以瀝青、煤（及煤系物）和生物質(zhì)為主。

根據(jù)制備原料以及方法的不同，泡沫炭主要有3種典型結(jié)構(gòu)，分別是五邊形十二面體結(jié)構(gòu)、球形氣孔狀結(jié)構(gòu)和球形泡超薄壁結(jié)構(gòu)。

泡沫炭的典型微觀結(jié)構(gòu)

材料的結(jié)構(gòu)決定其性能，碳質(zhì)前驅(qū)體的差異導(dǎo)致所制備的泡沫炭具有不同的性能。有機(jī)聚合物基泡沫炭體積密度和機(jī)械強(qiáng)度低，但隔熱性能優(yōu)異；中間相瀝青基泡沫炭開孔率較低，但力學(xué)性能優(yōu)異，經(jīng)石墨化后具有較高熱導(dǎo)率。

整體而言，泡沫炭材料具有密度低、膨脹系數(shù)低、機(jī)械性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高、抗腐蝕、耐氧化的性能優(yōu)勢(shì)，在熱管理、電磁屏蔽、電池電極、催化劑載體、吸附等材料以及民事領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，是一種極具發(fā)展前景的新型炭材料。

泡沫炭的應(yīng)用

隔熱/導(dǎo)熱材料

泡沫炭材料因自身具備機(jī)械性能高、耐熱性能強(qiáng)以及密度小等特征，其在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，電子器件的集成度也隨之提升，因?yàn)樾枰鉀Q散熱的問題，在組裝的過程中需要尋找導(dǎo)熱性能比較好的材料。正是因?yàn)榕菽坎牧系膶?dǎo)熱性能比較好，自身又是黑色，能夠提高其抗輻射的能力，因此學(xué)者們開始紛紛對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。

電極材料

泡沫炭具有良好的導(dǎo)電性，作為電極材料主要應(yīng)用于燃料電池電極和超級(jí)電容器電極材料。泡沫炭的網(wǎng)狀開孔結(jié)構(gòu)有利于在其中沉積活性物質(zhì)，作為電池的正極或負(fù)極，兼具較高比表面積和強(qiáng)耐腐蝕性能。泡沫炭材料活化后比表面積大，孔道利用率可達(dá)100%，是理想的超級(jí)電容器電極材料。

相變儲(chǔ)能材料

Ola O等通過真空滲透將石蠟/石墨烯納米板復(fù)合材料嵌入到泡沫炭中，制備出具有良好的形狀穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的新型相變材料。泡沫炭在95%的應(yīng)變下表現(xiàn)出良好的循環(huán)壓縮性能，并在循環(huán)試驗(yàn)中保持了部分彈性性能，適用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。

吸附領(lǐng)域

泡沫炭豐富的孔道結(jié)構(gòu)和超高的孔隙率，使其成為一種理想的吸附材料，在氣體吸附、凈化水質(zhì)、油水分離等領(lǐng)域都有應(yīng)用前景。

電磁屏蔽

泡沫炭具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，通過散射和吸收使內(nèi)部反射波減弱，是良好的結(jié)構(gòu)型吸波材料。

傳感

Liu M等在泡沫炭三維網(wǎng)絡(luò)上原位制備一維氧化鈷納米線，該復(fù)合材料導(dǎo)電性強(qiáng)、傳質(zhì)快、表面積大，是一種非常有前途的電化學(xué)傳感材料。

醫(yī)學(xué)方面

可以利用泡沫炭強(qiáng)度高、生物惰性、多孔性，用于骨復(fù)位手術(shù)領(lǐng)域。

用作催化劑載體

泡沫炭獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、接觸面積大、耐腐蝕性能好、熱膨脹系數(shù)低及結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點(diǎn)使其作為催化劑載體有著廣闊的前景。