कार्बन-आधारित सामग्रियों का व्यापक रूप से ऊर्जा भंडारण, पर्यावरण विज्ञान और सामग्री रसायन विज्ञान जैसे कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। पिछले कुछ दशकों में, देश और विदेश में कई विद्वानों ने बायोचार, ग्राफीन, ग्राफीन ऑक्साइड (जीओ), कार्बन नैनोट्यूब, कार्बन नैनोफाइबर, कार्बन क्षेत्र, कार्बन एरोजेल, नाइट्रोजन जैसी उभरती हुई कार्बन-आधारित सामग्रियों की एक समृद्ध विविधता को सफलतापूर्वक विकसित किया है। -डोप्ड कार्बन और ग्रेफाइट चरण कार्बन नाइट्राइड। एयरजेल अति सूक्ष्म छिद्रपूर्ण संरचना और कम घनत्व वाला एक प्रकार का नया ठोस पदार्थ है। 1931 में अपने जन्म के बाद से, इसने हमेशा व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। समय की निरंतर प्रगति के साथ, शोधकर्ताओं ने एयरजेल की तैयारी के तरीकों का पता लगाना और अनुकूलित करना जारी रखा है, प्रारंभिक अकार्बनिक सिलिका एयरजेल से धीरे-धीरे कार्बनिक एरोजेल तक विकसित हुआ, और फिर कार्बन एरोजेल तक विस्तारित हुआ, और तदनुसार, एयरजेल की अनुप्रयोग सीमा भी जारी है। बढ़ाना।
कार्बन-आधारित एरोजेल एक नए प्रकार के नैनो-छिद्रित कार्बन पदार्थ हैं जो अक्रिय गैस वातावरण में उच्च तापमान पर कार्बोनाइजेशन द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जिसमें कार्बनिक एरोजेल को अग्रदूत के रूप में उपयोग किया जाता है। उनमें एरोजेल और कार्बन-आधारित सामग्री दोनों की दोहरी विशेषताएं हैं। इसके कम घनत्व, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र और उच्च सरंध्रता के कारण, कार्बन-आधारित एयरजेल का व्यापक रूप से ऊर्जा भंडारण, सोखना, सेंसर, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण और अवशोषण में उपयोग किया गया है।
छवि स्रोत: जर्नल ऑफ़ कोलाइड एंड इंटरफ़ेस साइंस
कार्बन-आधारित एरोजेल का वर्गीकरण:
कच्चे माल के स्रोतों के अंतर के आधार पर, कार्बन एरोजेल को मोटे तौर पर तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: ग्रेफाइट-आधारित कार्बन एरोजेल, कार्बनिक कार्बन एरोजेल और कार्बन मिश्रित एरोजेल।
ग्रेफाइट-आधारित कार्बन एरोजेल, जैसे ग्राफीन एयरोगेल और कार्बन नैनोट्यूब एयरोगेल के लिए, ग्रेफाइट-कार्बन सामग्री को उपयुक्त असेंबली प्रक्रियाओं का उपयोग करके सीधे त्रि-आयामी एयरजेल संरचनाओं में जोड़ा जाता है। उनकी उच्च विद्युत चालकता के कारण, इन कार्बन एयरजेल सामग्रियों का व्यापक रूप से विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और सेंसर में उपयोग किया जाता है।
कार्बनिक कार्बन एयरजेल की पूर्ववर्ती सामग्री कार्बनिक पदार्थ से संबंधित है, जो उच्च तापमान कार्बोनाइजेशन प्रक्रिया के बाद कार्बन सामग्री में परिवर्तित हो जाती है, और फिर असेंबली प्रक्रिया की सहायता से त्रि-आयामी छिद्रपूर्ण संरचना का निर्माण किया जाता है। इन कार्बन-आधारित एयरोगेल को बायोमास कार्बन एयरोगेल और पॉलिमर-आधारित कार्बन एयरोगेल में विभाजित किया जा सकता है। उनके उत्कृष्ट सोखने के गुणों और अद्वितीय संरचनात्मक विशेषताओं के कारण, पर्यावरण संरक्षण और ऊर्जा के क्षेत्र में उनके पास व्यापक अनुप्रयोग और विकास क्षमता है।
हाल के वर्षों में कार्बन-आधारित एयरजेल क्षेत्र में कार्बन मिश्रित एयरजेल एक बहुत ही महत्वपूर्ण विकास प्रवृत्ति है। कार्बनिक समूहों या पॉलिमर को पेश करके, घटकों के बीच अनुपात को समायोजित और नियंत्रित किया जा सकता है, और फिर एकल घटक कार्बन-आधारित एयरगेल सामग्री जैसे अधिक भंगुरता, आसान नमी, खराब लचीलेपन आदि की समस्याओं को अनुकूलित किया जा सकता है। उत्कृष्ट गुणों को बनाए रखते हुए, कार्बन मिश्रित एयरोगेल विभिन्न सामग्रियों के बीच कार्यात्मक संपूरकता प्राप्त करते हैं, जो कार्बन-आधारित एरोजेल के अनुप्रयोग के लिए व्यापक स्थान खोलता है।
कार्बन आधारित एरोजेल की तैयारी:
कार्बन-आधारित एयरजेल की तैयारी में आमतौर पर निम्नलिखित तीन चरण शामिल होते हैं: (1) प्रीकर्सर सॉलेशन, सॉल जेलेशन और एजिंग; ② जेल सूखकर एरोजेल बन जाता है; ③ कार्बन-आधारित एरोजेल प्राप्त करने के लिए एयरजेल का कार्बोनाइजेशन। कार्बन-आधारित एयरजेल ने कई अनुप्रयोगों में अच्छा प्रदर्शन दिखाया है, लेकिन जटिल तैयारी प्रक्रिया, उच्च लागत और कम उपज इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग को सीमित करती है। कार्बन-आधारित एयरजेल सामग्री की तैयारी विधियों में मुख्य रूप से सोल-जेल विधि, हाइड्रोथर्मल विधि, रासायनिक वाष्प जमाव विधि और बर्फ टेम्पलेट विधि शामिल हैं।
कार्बन-आधारित एरोजेल का अनुप्रयोग:
कार्बन-आधारित एयरजेल एक प्रकार का हल्का, झरझरा, नैनोपोरस संरचना वाला अनाकार कार्बन पदार्थ है। कार्बन-आधारित एयरजेल का विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण, उत्प्रेरक और इसके वाहक, राष्ट्रीय रक्षा और सैन्य उद्योग और पर्यावरण संरक्षण के प्रमुख क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है।
1. गर्म बैटरी और सुपरकैपेसिटर के लिए थर्मल इन्सुलेशन
ऊर्जा भंडारण उपकरणों में, तापमान का उसके प्रदर्शन और जीवनकाल पर बहुत प्रभाव पड़ता है। एयरजेल का उपयोग गर्म बैटरी और सुपरकैपेसिटर के लिए थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के रूप में किया जा सकता है, जो बैटरी या कैपेसिटर के अंदर गर्मी को बहुत तेज़ी से स्थानांतरित होने से रोकता है, और उपकरण के ऑपरेटिंग तापमान की स्थिरता को बनाए रखता है, जिससे उपकरण के प्रदर्शन और सुरक्षा में सुधार होता है।
2. ध्वनि-अवशोषित सामग्री
एयरजेल की छिद्रपूर्ण संरचना के कारण इसमें अच्छे ध्वनि-अवशोषित गुण होते हैं। जब ध्वनि तरंगें एरोजेल के छिद्रों में फैलती हैं, तो वे कई बार परावर्तित और बिखरी हुई होंगी, जिससे ध्वनि ऊर्जा का क्षय होता रहेगा। कॉन्सर्ट हॉल, रिकॉर्डिंग स्टूडियो और उच्च ध्वनिक पर्यावरण आवश्यकताओं वाले अन्य स्थानों में, एयरजेल का उपयोग ध्वनि अवशोषित पैनलों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, जो प्रभावी रूप से इनडोर गूंज समय को कम करता है और ध्वनि की स्पष्टता में सुधार करता है।
3.उत्प्रेरक समर्थन
एयरजेल का उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र उत्प्रेरक के लिए बड़ी संख्या में लोडिंग साइट प्रदान करता है। पर्यावरणीय उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में, जैसे ऑटोमोबाइल निकास गैस का उत्प्रेरक शुद्धिकरण, औद्योगिक अपशिष्ट गैस का उत्प्रेरक ऑक्सीकरण, आदि, उत्प्रेरक को एयरजेल वाहक पर लोड करने से उत्प्रेरक के फैलाव और गतिविधि में सुधार हो सकता है, ताकि हानिकारक पदार्थों के रूपांतरण को उत्प्रेरित किया जा सके। अधिक प्रभावी ढंग से और प्रदूषकों के उत्सर्जन को कम करें।
4.इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए पैकेजिंग सामग्री
एरोजेल में अच्छे विद्युत इन्सुलेशन गुण और कम ढांकता हुआ स्थिरांक होते हैं, और इसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए पैकेजिंग सामग्री के रूप में किया जा सकता है। एकीकृत सर्किट और चिप्स जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, एयरजेल पैकेजिंग इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नमी और धूल जैसे पर्यावरणीय कारकों से बचा सकती है, जबकि इसका कम ढांकता हुआ स्थिरांक सिग्नल ट्रांसमिशन के दौरान देरी और नुकसान को कम करने में मदद करता है।
छवि स्रोत:आरएससी एडवांस