全碳气凝胶(Aerographite)是一种合成泡沫，由多孔互连的管状碳网络组成。密度为180克/立方米，是有史以来最轻的结构材料之一。它由基尔大学和德国汉堡技术大学的研究人员团队共同开发，并于2012年6月首次在科学期刊上报道。
结构和性质
Aerographite是一种黑色独立式材料，可以生产各种形状，占用体积高达几立方厘米。它由碳管的无缝互连网络组成，其具有微米级直径和约15nm的壁厚。由于相对较低的曲率和较大的壁厚，这些壁与碳纳米管的石墨烯类壳体不同，并且在其性质上类似于玻璃碳。这些墙通常是不连续的，并且包含皱纹区域，这些区域改善了航空石墨的弹性。通过电子能量损失光谱和电导率测量证实，气溶胶中的碳键具有sp2特征。在外部压缩时，电导率随材料密度从0.18mg / cm 3下的~0.2S / m增加到0.2mg / cm 3下0.8S / m。对于密度较大的材料，电导率较高，在50 mg / cm3时为37 S / m。
由于其相互连接的管状网络结构，气流成网比其他碳泡沫以及二氧化硅气凝胶更好地抵抗拉伸力。它维持广泛的弹性变形并具有非常低的泊松比。在将其压缩至0.1mm后，可以完全恢复3mm高的样品。其极限拉伸强度（UTS）取决于材料密度，在8.5 mg / cm3时约为160 kPa，在0.18 mg / cm3时约为1 kPa;相比之下，最强的二氧化硅气凝胶在100mg / cm 3下的UTS为16kPa。杨氏模量大约是拉伸时为15kPa，0.2mg / cm3，但压缩程度低得多，从0.2mg / cm3时的1kPa增加到15mg / cm3时的7kPa。作者给出的密度是基于质量测量和合成泡沫的外部体积的确定，通常也用于其他结构。
Aerographite是超疏水的，因此其厘米大小的样品排斥水;它们对静电效应也相当敏感，并自发地跳到带电物体上。
合成
综合的常见方面：
随着航空公司的CVD工艺，金属氧化物在2012年被证明是用于沉积石墨结构的合适模板。模板可以原位移除。基本机理是将金属氧化物还原成金属成分，金属中和金属顶部的碳成核以及金属组分的同时蒸发。对金属氧化物的要求是：用于化学还原的低活化能，可以使石墨成核的金属相，金属相的低蒸发点（ZnO，SnO）。从工程角度来看，开发的CVD工艺可以使用陶瓷粉末加工（使用定制颗粒和烧结桥），通过CVD创建3D碳模板。与常用金属模板相比的主要优点是：形状多样的颗粒形状，烧结桥的形成和无酸的去除。最初仅在μm尺寸的网状石墨网络上进行了演示，其他科学家在2014年之后采用了CVD机制来创建纳米尺寸的碳结构。
具体参考细节：
Aerographite是使用ZnO模板通过化学气相沉积制备的。模板由微米厚的棒组成，通常为多脚形，可通过混合相当量的Zn和聚乙烯醇缩丁醛粉末并在900℃下加热混合物来合成。气溶胶合成在约760℃，在氩气流下进行，向其中注入甲苯蒸气作为碳源。在ZnO上沉积薄的（~15nm）不连续的碳层，然后通过向反应室中加入氢气将其蚀刻掉。因此，剩余的碳网络紧密遵循原始ZnO模板的形态。特别地，航空网络的节点源自ZnO多脚体的接头。
潜在的应用
Aerographite电极已经在双电层电容器（EDLC，也称为超级电容器）中进行了测试，并承受了与加载 – 卸载循环和电解质结晶相关的机械冲击（在溶剂蒸发时发生）。它们的比能量为1.25 Wh / kg，与碳纳米管电极相当（~2.3 Wh / kg）。