三维有序大孔炭结构的制备及其含能材料的负载(2)
1.2 三文有序大孔炭材料的研究现状
1.2.1 二氧化硅微球作为模板
1.2.2 聚合物微球作为模板
1.2.3 双模板法
1.3 课题的主要研究内容与思路
采用胶晶模板法来制备3DOM C材料，此方法在科研前辈的不断创新下，越来越快捷经济，成为首选方法。
碳源一般选择含碳量较高的有机物，常用的有可溶性酚醛树脂、糖类和环糊精。在高温下炭化后，均可用来制备炭材料。而本课题采用无机物氧化石墨烯（GO）作为唯一碳源，一方面是被石墨烯出色的性能以及将石墨烯做成三文骨架后的潜在应用价值[19]所吸引，另一方面是GO为碳源的研究相对较少，且目前做出来的结构并不是非常完整的面心立方排列式的，所以本课题希望在这方面有所突破。
3DOM C材料应用在纳米含能材料方面相对较少。纳米含能材料与微米材料相比，具有能够降低材料的感度、提高反应速度等优点，但纳米含能材料容易团聚，限制了它的进一步应用。而3DOM C材料三文连续的孔道结构，大的比表面积为纳米含能材料负载提供了理想的条件。使用3DOM C材料控制纳米含能材料的形貌和团聚将有望解决上述问题。
综上所述，本课题以胶晶模板法制备3DOM C材料，并以其为骨架，以期将RDX、CL-20或纳米铝热剂等含能材料负载到3DOM C材料孔道内，通过聚苯乙烯微球的大小控制3DOM C材料的孔径大小，进而严格控制含能材料颗粒的大小和形貌，并研究其反应性能。
具体研究内容如下：
（1） 聚苯乙烯胶晶模板的制备及组装；
（2） 氧化石墨烯（GO）的制备；
（3） 3DOM C材料的制备及表征；
（4） RDX或纳米铝热剂等含能材料在3DOM C孔道内的负载；
（5） 3DOM C负载含能材料的性能测试。
2 聚苯乙烯（PS）胶晶模板的制备及表征
2.1 聚苯乙烯微球的制备原理及组装
微球单分散性好坏、尺寸均一与否，模板组装是否三文长程有序，决定着三文有序大孔结构构筑的完整性和有序性。目前，PS微球的制备一般采用无皂乳液聚合法，即聚合过程没有常规乳化剂的参与。与传统乳液聚合法不同，其优点在于避免了大量乳化剂对环境的污染。聚合是通过引入少量引发剂残基或极性基团使聚苯乙烯微球表面带电荷，依靠静电作用使乳液稳定。这种方法制备的微球表面洁净、单分散性良好，且制备方法简单易行。
目前PS微球组装方法有很多，例如自然沉积[20]、加速沉积[21]、物理限定组装[22]等。
自然沉积是指高度分散的微球乳液在重力作用下沉积自组装的过程，分散液挥发完后即得到模板。优点是操作简单；缺点是制备周期长，表面的形貌与结构的层数不好控制。
加速沉积包括离心分离[23]和真空抽滤[15]两种过程。离心分离是依靠离心作用强制分离分散液和微球，去除分散液后，即得到胶晶模板。真空抽滤则是另一种加速沉积的方式，利用压力快速使微球堆积，得到有序排列的胶晶模板。加速沉积是对重力沉积的简单改进，优点在于其操作简单方便，节省时间，所需设备较为简单，是一种非常有效的模板制备方式。不足之处依旧是模板的有序性较差。
物理限定组装是指利用特定的模具，通过特殊的方法严格控制微球在特定方向上的堆积，得到的模板非常致密、规整有序，且组装时间短，表面形貌、堆积层数均可以严格调控。而缺点则是制得的模板厚度有限，对实验室设备的要求高。
本实验主要采用加速沉积法和自然沉积法来制备胶晶模板