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泡沫炭(CF),是一种泡沫状多孔炭质材料。它具有密度小、强度高、耐热、防腐、易加工、导电/热性能可调等特点,在化工、航空航天、电子等诸多技术领域都具有应用潜能。目前泡沫炭的制备多以不可再生的沥青或合成树脂为主。以生物质原料制备泡沫炭具有环境友好、可再生的特点,是当前泡沫炭研究的一大趋势。本论文以典型的葡聚糖生物质——淀粉为原料制备泡沫炭,从多角度、多尺度研究并揭示了淀粉向泡沫炭转变的机理,获得了结构可调控的泡沫炭,并探索了该材料在相变储能领域的潜在应用。本论文研究不仅有利于拓宽泡沫炭材料的原料范围,还为以其他葡聚糖类生物质制备泡沫炭提供了灵感,对生物质基泡沫炭的功能化和高附加值利用具有重要意义。本研究的第一部分以淀粉为原料制备了具有层状多孔结构的泡沫炭。探讨了水分、混酸、压力、排气方向、热传递方向等因素对泡沫炭制备的影响。通过对反应中间产物及产物进行多角度、跨尺度的表征和分析,揭示了淀粉向泡沫炭转变的机理。结果表明,葡聚糖中普遍存在的氢键不是影响泡沫炭制备的主要因素。由葡聚糖制备泡沫炭时不仅要考虑原料的分子结构,还要考虑原料的分子构象。而原料分子构象的影响在有关泡沫炭形成机理的已有研究中鲜有报道。原料的结构和构象除了会影响分子在受热状态下的蠕动,由它们所导致的空间位阻效应还可能影响各种化学反应的活性和反应顺序。这使得不同的淀粉原料在发泡和炭化的过程中具有不同的热分解进程,进而导致炭产物的差异。本研究的第二部分以泡沫炭为骨架、以聚吡咯(PPy)作为导热和导电介质、以无机-有机复合相变材料(PCM)作为储能和电阻调节介质,制备出具有储能和温度传感双重功能的新型泡沫炭复合材料(CF-TES)。所得CF-TES复合材料的温度变化和相变过程可通过电信号得到实时反映。通过对所得复合材料进行配方优化,在保证相对良好传感功能的前提下,获得了熔融焓分别为81.9 J/g、113.29 J/g和124.44 J/g的复合物样品:CF-PPy-PCM-1000-1、CF-PPy-PCM-8000-0和CF-PPy-PCM-20000-0。SEM表征显示负载相变材料后,相变材料附着在CF-PPy骨架的孔泡壁上。尽管从PCM的填充情况看,还有进一步提升其负载量的空间,但这种非全面填充的状态也在一定程度上保证了复合材料在储热过程中不会出现相变材料的渗出泄露的问题。综上所述,本论文从多尺度、多角度研究了淀粉向泡沫炭转变的机理,并利用所得泡沫炭材料制备了复合材料,论述了这些材料在热能存储领域的应用潜能。本论文研究成果对以可再生资源制备泡沫炭、并实现其高附加值利用具有启示作用。