CN114436241B - 模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶及方法 - Google Patents

模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，为：将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照不同的比例混合均匀，得到溶胶A、B、C、D、E，冷藏保存备用；制备载玻片B、C、D、E、F；将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1‑2ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，使载玻片上下对齐并夹紧形成模具，溶胶A转变为凝胶A；打开模具并在凝胶A上滴加溶胶B，转变为凝胶B，如此循环往复操作；然后将凝胶脱模并进行溶剂替换，经过二氧化碳超临界干燥即可得到气凝胶；将所得气凝胶经高温碳化之后即得。还公开了使用上述方法得到的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。

Description

模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶及方法
技术领域
本发明属于材料的制备技术领域，具体涉及一种模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶，还涉及一种模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法。
背景技术
气凝胶作为一种多孔材料，具有密度可调控范围大，阻抗范围广等特点，已被用于ICF实验中，同时也非常适用于低阻抗范围的飞片。这里面的关键因素是对气凝胶的密度及其梯度在较大范围内进行精确控制，由于EOS实验需要的气凝胶厚度很薄，因此同时要对气凝胶的厚度进行精确控制。
关于气凝胶密度的调控方法已经有了丰富的研究。2007年，Jones等人在传统的气凝胶制备工艺基础上借助一个特制的模具和泵，制备了梯度密度SiO2气凝胶，密度从10mg/cm3到50mg/cm3连续可调节。2011年，Gui等人采用三种工艺系统地制备了梯度密度SiO2气凝胶，密度范围是50-200mg/cm3。然而，他们的方法制备的SiO2气凝胶有数厘米厚，对于激光驱动准等熵压缩实验来说太厚了，但是由于SiO2的结构非常脆弱，制备厚度小于500μm的梯度密度SiO2气凝胶相对较为困难。间苯二酚-甲醛(RF，resorcinol formaldehyde)气凝胶具有较好的力学性能，密度可调节范围更广，并且只含有C、H和O元素，比Si的原子序数低得多。目前，RF气凝胶已经被成功用于非常适合于ICE实验，证明了该气凝胶的适用性。
RF气凝胶起源于1989年，典型的密度范围是0.005-1g/cm3，制备过程中可以通过调整反应物含量和催化剂用量来实现对密度的调控。在隔绝氧气的高温环境(1000℃)下热解，可以把RF气凝胶进行碳化。2009年，Hemberger等人在凝胶上部放置稀酸，酸在凝胶中扩散导致了在凝胶中酸浓度的梯度分布。由于浓度的差异引发了凝胶微结构的变化，这种变化同样呈梯度分布，经过干燥获得了长度约为20mm的梯度密度RF气凝胶，沿着轴向气凝胶的密度变化范围是240-370mg/cm3，对于ICE实验应用仍然太厚。相比于刚才所述的“催化剂扩散”法，分层粘贴的方法更加适合于超薄梯度密度气凝胶的制备。2011年，Zhong等人采用超低密度SiO2作为“胶水”，将不同密度的碳气凝胶薄片粘贴起来，这种方法避免不了引入杂质Si元素，而且工艺比较复杂，对操作的熟练程度要求很高。2012年，Shen等人利用逐层凝胶法制备了4层梯度密度RF气凝胶，将块体的薄片进行了对比；2016年，Shen等人利用氨气氛对模具进行处理，避免了脱模后表面致密层的出现，利用碳化工艺制备了梯度密度碳气凝胶飞片靶，用于激光状态方程实验研究；2019年，Shen等人采用三种工艺制备了RF有机气凝胶，所制备的RF气凝胶厚度为10-28mm，密度为0.19-0.62g/cm3。
袁磊等人(国家发明专利公开号：CN112500606A)采用双扩散对流制备梯度密度气凝胶的方法，包括：配置不同理论密度的酚醛树脂气凝胶前驱体溶液，即溶液A；选择一种密度与酚醛树脂气凝胶前驱体溶液的理论密度不同的溶剂，即溶液B；将溶液A加入容器中，将溶液B以不同速率注入，将容器依次放置在热水、常温水、热水的保温循环中至少一次，形成多次横向热对流，使横向密度均匀；纵向上由于溶液B密度较低，受到浮力，而返回顶部形成密度梯度；将气溶胶溶液在恒温下形成凝胶、酸洗老化、溶剂交换、干燥得到具有梯度密度的气凝胶。
任洪波等人(国家发明专利公开号：CN112875711A)将正硅酸乙酯和功能化修饰剂加入乙醇和去离子水中，搅拌，得到混合液；在混合液中加入缩合催化剂，搅拌，然后在模具中浇铸并进行离心，静置得到湿凝胶；将湿凝胶在常温下静置老化，将浸泡后的湿凝胶用新鲜的丙酮将乙醇进行交换，交换三次，每次24h；将交换后的湿凝胶使用CO2超临界干燥，得到梯度密度疏水氧化硅气凝胶。本发明的制备方法采用正硅酸乙酯与全氟辛基三氯硅烷为原料，通过CO2超临界干燥得到了具有梯度密度、疏水特性的氧化硅气凝胶材料。
王振华等人(国家发明专利公开号：CN109910390A)将制备的非瓷化树脂溶液和微瓷化树脂溶浆分别摊铺在石英纤维机织布，经烘干后分别制成a型微瓷化预浸料、b型非瓷化预浸料、c型非瓷化预浸料和d型非瓷化预浸料，然后在铺层缝合工装的成型腔内摊铺各预浸料；采用抽真空压实的方法，制得梯度密度复合材料成品。
刘鹏波等人(国家发明专利公开号：CN109910390A)采用层层组装法制备聚酰亚胺气凝胶材料，由不同浓度的聚酰胺酸盐的水溶液层层组装构成多层材料，采用冷冻液冷冻，控制冷冻方向，通过径向冷冻、冷冻干燥及热亚胺化，制得了具有可控梯度密度和孔径的聚酰亚胺气凝胶。
韦其红等人(国家发明专利公开号：CN109503114A)将织物高致密表层、织物低密度内层连接成一体，制成预制体；在预制体的织物低密度内层制备疏水涂层，用于抑制对水基前驱体的浸润渗透性，然后通过液相渗积成型工艺循环浸渍硅溶胶，通过所述硅溶胶循环浸渍，增加预制体与硅溶胶的结合量，提高其外表面的致密性，在达到一定致密度后，去除所述超疏水涂层的疏水效果得到一体化的复合材料坯体；去除所述超疏水涂层的疏水效果的所述一体化的复合材料坯体经制备气凝胶，得到透波烧蚀隔热一体化材料。
许震等人(国家发明专利公开号：CN111252754A)利用剪切微印刷技术对氧化石墨烯的液晶进行取向调控，实现所得宏观组装氧化石墨烯膜的结构调控，通过液体塑化发泡的方法，实现了不同密度梯度的石墨烯气凝胶材料的制备；此外，此方案不仅可用于梯度材料的制备，通过不同的片层调控、阵列化、图案化等等，可得到不同表面及内部结构的石墨烯气凝胶。
关于块体状的梯度密度气凝胶以及碳气凝胶的研究和报道已经比较广泛，然而针对碳管增韧密度渐变碳气凝胶的研究仍然未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶，具有密度变化范围大、密度渐变和韧性强的优点。
本发明的第二个目的是提供一种模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照不同的比例混合均匀，通过磁力搅拌1-2h，并超声震荡3-4h，形成混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E；
步骤2，将步骤1所得的混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E转移到恒温箱中静置1-2d，得到溶胶A、溶胶B、溶胶C、溶胶D、溶胶E，然后放入1-4℃的冰箱中冷藏保存备用；
步骤3，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用稀氨水浸泡，取出后烘干得到载玻片B、载玻片C、载玻片D、载玻片E、载玻片F；
步骤4，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1-2ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧；
步骤5，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有甲醛水溶液的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到恒温箱中静置，使模具中的溶胶A转变为凝胶A，所涉及到的阶梯式模具辅助成型工艺的示意图如图2所示；
步骤6，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1-2ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧；
步骤7，重复步骤5，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；
步骤8，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧；
步骤9，重复步骤5，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；
步骤10，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧；
步骤11，重复步骤5，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；
步骤12，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧；
步骤13，重复步骤5，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；
步骤14，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤，得到醇凝胶；
步骤15，将步骤14所得到的醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，即可得到气凝胶；
步骤16，将步骤15中的气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
本发明的特征还在于，
步骤1中，甲醛水溶液为质量分数为38％的甲醛水溶液，碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛、碳酸钠和水的质量比为1-10:1-10:10:15:0.01-0.1:10-100。步骤2中，恒温箱的温度为45-50℃。步骤3中，用六甲基二硅氮烷浸泡12-24h，稀氨水的浓度为0.1-0.5M，用稀氨水浸泡12-24h。步骤4中，铝箔厚度为20-100μm，长度为25-30mm，宽度为10-12mm。步骤5中，甲醛水溶液质量分数为38％，密封盒的容积为750-1000ml，恒温箱的温度为45-50℃，静置时间为1-2d。步骤6中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；步骤7中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；步骤8中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；步骤9中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；步骤10中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；步骤11中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；步骤12中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；步骤13中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；步骤14中，用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂；步骤15中，超临界干燥的温度设置为40-42℃，气压设置为10-11MPa，升温速率设置为0.5-1℃/min，恒温时间为3-4h，减压速率为1-3MPa/h；步骤16中，热处理温度为850-1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为8-10℃/min，恒温时间为3-4h。
本发明所采用的第二个技术方案是，模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶，采用上述的制备方法制备得到。
本发明的有益效果是：
(1)本发明涉及的方法简单易行，制备设备便宜易得，所制备的碳气凝胶具有密度变化范围大、密度渐变和韧性强等优点，对于国防、航天探测、节能环保以及基础物理研究领域有着重要的意义。
(2)本发明利用模具辅助阶梯式成型方法制备碳管增韧密度渐变碳气凝胶，所制备的碳管增韧密度渐变碳气凝胶密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度可调范围为20-200μm，总体厚度为100-1000μm，长和宽尺寸均为10-25mm。
附图说明
图1是本发明制备方法的流程图；
图2是本发明制备方法所涉及到的阶梯式模具辅助成型工艺的示意图；
图3是本发明实施例1制备得到的碳气凝胶第一层的SEM图像(标尺为2μm)；
图4是本发明实施例1制备得到的碳气凝胶第二层的SEM图像(标尺为1μm)；
图5是本发明实施例1制备得到的碳气凝胶第三层的SEM图像(标尺为500nm)；
图6是本发明实施例1制备得到的碳气凝胶第四层的SEM图像(标尺为1μm)；
图7是本发明实施例1制备得到的碳气凝胶第五层的SEM图像(标尺为5μm)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照不同的比例混合均匀，通过磁力搅拌1-2h，并超声震荡3-4h，形成混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E；步骤1中，甲醛水溶液为质量分数为38％的甲醛水溶液，碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛、碳酸钠和水的质量比为1-10:1-10:10:15:0.01-0.1:10-100。
步骤2，将步骤1所得的混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E转移到恒温箱中静置1-2d，得到溶胶A、溶胶B、溶胶C、溶胶D、溶胶E，然后放入1-4℃的冰箱中冷藏保存备用；步骤2中，恒温箱的温度为45-50℃。
步骤3，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用稀氨水浸泡，取出后烘干得到载玻片B、载玻片C、载玻片D、载玻片E、载玻片F；步骤3中，用六甲基二硅氮烷浸泡12-24h，稀氨水的浓度为0.1-0.5M，用稀氨水浸泡12-24h。
步骤4，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1-2ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧；步骤4中，铝箔厚度为20-100μm，长度为25-30mm，宽度为10-12mm。
步骤5，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有甲醛水溶液的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到恒温箱中静置，使模具中的溶胶A转变为凝胶A，所涉及到的阶梯式模具辅助成型工艺的示意图如图2所示；步骤5中，甲醛水溶液质量分数为38％，密封盒的容积为750-1000ml，恒温箱的温度为45-50℃，静置时间为1-2d。
步骤6，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1-2ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧；步骤6中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；
步骤7，重复步骤5，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；步骤7中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；
步骤8，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧；步骤8中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；
步骤9，重复步骤5，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；步骤9中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；
步骤10，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧；步骤10中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；
步骤11，重复步骤5，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；步骤11中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；
步骤12，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧；步骤12中，铝箔厚度为20-100μm，长度和宽度与步骤4所用的铝箔相同；
步骤13，重复步骤5，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；步骤13中，除溶胶配比以外的其他参数与步骤5相同；
步骤14，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤，得到醇凝胶；步骤14中，用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂；
步骤15，将步骤14所得到的醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，即可得到气凝胶；步骤15中，超临界干燥的温度设置为40-42℃，气压设置为10-11MPa，升温速率设置为0.5-1℃/min，恒温时间为3-4h，减压速率为1-3MPa/h；
步骤16，将步骤15中的气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。步骤16中，热处理温度为850-1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为8-10℃/min，恒温时间为3-4h。
本发明还提供一种模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶，采用上所述的制备方法制备得到。
实施例1
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为20μm，总体厚度为100μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为20μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为20μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为20μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为20μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为20μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。图3-7是本发明实施例1制备得到的碳管增韧密度渐变碳气凝胶各层的SEM图像，可以看出其密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为20μm，总体厚度为100μm，长和宽尺寸均为25mm。
实施例2
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为40μm，总体厚度为200μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为40μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为40μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为40μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为40μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为40μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
实施例3
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为60μm，总体厚度为300μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为60μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为60μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为60μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为60μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为60μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
实施例4
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为80μm，总体厚度为400μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
实施例5
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为100μm，总体厚度为500μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为100μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为100μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为100μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为100μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为100μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
实施例6
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为160μm，总体厚度为800μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到50℃恒温箱中静置1d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡12h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.1M的稀氨水浸泡12h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为160μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为750ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到50℃恒温箱中静置2d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为160μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为160μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为160μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为160μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为40℃，气压设置为10MPa，升温速率设置为1℃/min，恒温时间为4h，减压速率为3MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为10℃/min，恒温时间为4h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
实施例7
密度范围为0.2-1.2g/cm3，各层厚度为200μm，总体厚度为1000μm，长和宽尺寸均为25mm的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。
首先，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:10混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液A；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:30混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液B；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:50混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液C；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:70混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液D；将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照质量比为5:5:10:15:0.01:100混合均匀，通过磁力搅拌2h，并超声震荡4h，得到混合液E；第二，将混合液A、B、C、D、E转移到48℃恒温箱中静置1.5d，得到溶胶A、B、C、D、E，然后放入1℃的冰箱中冷藏保存备用；第三，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡20h，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用浓度为0.4M的稀氨水浸泡20h，取出后烘干得到载玻片B、C、D、E、F；第四，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1.5ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧，铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第五，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，堆积在模具两侧的狭缝周围从而形成保护层，使模具内部得溶胶与外部气氛环境隔离，从而减少或者避免模具内部溶胶中水分的流失，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有质量分数为38％的甲醛水溶液的容积为800ml的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到48℃恒温箱中静置1.5d，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；第六，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1.5ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第七，重复第五步操作，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；第八，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1.5ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第九，重复第五步操作，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；第十，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十一，重复第五步操作，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；第十二，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1.5ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧，所用到的铝箔厚度为80μm，长度为30mm，宽度为10mm；第十三，重复第五步操作，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；第十四，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤3.5d，每1d替换一次溶剂，得到醇凝胶；第十五，将醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，超临界干燥的温度设置为41℃，气压设置为10.5MPa，升温速率设置为0.6℃/min，恒温时间为3.5h，减压速率为2MPa/h，经过干燥即可得到气凝胶；最后，将气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，热处理温度为1000℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为9℃/min，恒温时间为3.5h，经过高温热处理即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶。实施例1-7中使用的甲醛水溶液均为38％的甲醛水溶液。

Claims (5)

1.模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，将碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛水溶液、碳酸钠和水按照不同的比例混合均匀，通过磁力搅拌1-2h，并超声震荡3-4h，形成混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E；
步骤2，将步骤1所得的混合液A、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E转移到恒温箱中静置1-2d，得到溶胶A、溶胶B、溶胶C、溶胶D、溶胶E，然后放入1-4℃的冰箱中冷藏保存备用；
步骤3，将载玻片用六甲基二硅氮烷浸泡，取出后烘干得到载玻片A，将载玻片用稀氨水浸泡，取出后烘干得到载玻片B、载玻片C、载玻片D、载玻片E、载玻片F；
步骤4，将两片等厚的铝箔垫片放置在载玻片A两端，在载玻片A上滴加1-2ml溶胶A，然后用载玻片B盖紧；
步骤5，使载玻片上下对齐，两端用长尾夹加紧形成模具，多余的溶胶在长尾夹的挤压作用下从模具中自然流出来，将溶胶连同模具一同转移到底部盛有甲醛水溶液的密封盒中，用支架使将模具垫高，使得模具的位置高于甲醛水溶液的液面并呈水平放置状态，将密封盒连同模具转移到恒温箱中静置，使模具中的溶胶A转变为凝胶A；
步骤6，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片B与凝胶A分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶A上滴加1-2ml溶胶B，然后用载玻片C盖紧；
步骤7，重复步骤5，使模具中的溶胶B转变为凝胶B；
步骤8，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片C与凝胶B分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶B上滴加1-2ml溶胶C，然后用载玻片D盖紧；
步骤9，重复步骤5，使模具中的溶胶C转变为凝胶C；
步骤10，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片D与凝胶C分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶C上滴加1-2ml溶胶D，然后用载玻片E盖紧；
步骤11，重复步骤5，使模具中的溶胶D转变为凝胶D；
步骤12，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片E与凝胶D分离，在载玻片A两端再叠加放置两片等厚的铝箔垫片，并在凝胶D上滴加1-2ml溶胶E，然后用载玻片F盖紧；
步骤13，重复步骤5，使模具中的溶胶E转变为凝胶E；
步骤14，将模具两端的长尾夹取下，并将载玻片F与凝胶E分离，将载玻片A连同附着在其上的水凝胶用无水乙醇浸泡洗涤，得到醇凝胶；
步骤15，将步骤14所得到的醇凝胶进行二氧化碳超临界干燥，即可得到气凝胶；
步骤16，将步骤15中的气凝胶进一步进行惰性气氛保护高温处理以除去样品中残留的有机物，即可得到模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶；
步骤1中，甲醛水溶液为质量分数为38％的甲醛水溶液，碳纳米管、表面活性剂、间苯二酚、甲醛、碳酸钠和水的质量比为1-10:1-
10:10:15:0.01-0.1:10-100；
步骤3中，用六甲基二硅氮烷浸泡12-24h，稀氨水的浓度为0.1-0.5M，用稀氨水浸泡12-24h；
步骤15中，超临界干燥的温度设置为40-42℃，气压设置为10-11MPa，升温速率设置为0.5-1℃/min，恒温时间为3-4h，减压速率为1-3MPa/h；
步骤16中，热处理温度为850-1050℃，惰性气氛为高纯氮气，升温速率为8-10℃/min，恒温时间为3-4h。
2.根据权利要求1所述的模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中，恒温箱的温度为45-50℃。
3.根据权利要求1所述的模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤5中，甲醛水溶液质量分数为38％，密封盒的容积为750-1000ml，恒温箱的温度为45-50℃，静置时间为1-2d。
4.根据权利要求1所述的模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤14中，用无水乙醇浸泡洗涤3-4d，每1d替换一次溶剂。
5.模具辅助阶梯式成型的碳管增韧密度渐变碳气凝胶，其特征在于，采用如权利要求1-4任意一项所述的制备方法制备得到。
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