全碳气凝胶

全碳气凝胶是一种由管状碳的多孔互连网络组成的合成泡沫。它的密度为180克/立方米，是迄今为止开发的最轻的结构材料之一。它是由德国的一个研究小组联合开发的，并于2012年6月首次在科学杂志上报道。

全碳气凝胶是一种黑色的独立材料，可以生产出各种形状和体积，最 大可达数立方厘米。它由一个无缝连接的碳管网络组成，直径为微米，壁厚约为15纳米。由于相对较低的曲率和较大的壁厚，这些壁的特性类似于玻璃碳，与碳纳米管的石墨烯状外壳不同。

这些壁通常是不连续的，包含有皱褶的区域，改善了GC的弹性性能。正如电子能量损失光谱和电导率测量所证实的，GC中的碳键具有sp2特性。在外部压缩中，电导率随着材料密度的增加而增加，从0.18 mg/cm3时的约0.2 S/m到0.2 mg/cm3时的0.8 S/m。对于密度较大的材料，电导率更高，50 mg/cm3时为37 S/m。

由于其相互连接的管状网络结构，GC比其他碳泡沫和二氧化硅气凝胶更能抵抗拉伸力。它能保持很宽的弹性变形范围，并具有很低的泊松比。一个3毫米高的样品在被压缩到0.1毫米后可以完全恢复其形状。

它的极限拉伸强度（UTS）取决于材料密度，在8.5毫克/立方厘米时约为160千帕，在0.18毫克/立方厘米时为1千帕；相比之下，最 强的硅气凝胶在100毫克/立方厘米时的UTS为16千帕。

杨氏模量在0.2毫克/立方厘米的张力下约为15千帕，但在压缩时要低得多，从0.2毫克/立方厘米的1千帕增加到15毫克/立方厘米的7千帕。作者给出的密度是基于合成泡沫的质量测量和外部体积的确定，这也经常用于其他结构。

全碳气凝胶是超疏水的，因此其厘米大小的样品会排斥水；它们对静电效应也相当敏感，会自发地跳到带电物体上。

合成的常见方面。通过aerographite的化学气相沉积（CVD）工艺，金属氧化物在2012年被证明是沉积石墨结构的合适模板。模板可以在原地被移除。其基本机制是金属氧化物还原为金属成分，并在金属成分蒸发的同时，在金属内部和顶部形成碳核。

对金属氧化物的要求是：化学还原的低活化能，金属相，可成核的石墨，以及金属相的低蒸发点（ZnO、SnO）。从工程的角度来看，开发的CVD工艺允许使用陶瓷粉末加工（使用定制颗粒和烧结桥），通过CVD创建三维碳的模板。与常用的金属模板相比，其关键优势在于：颗粒形状的多样性、烧结桥的创建和无酸清除。

最初只在微米级的网状石墨网络上演示，自2014年以来，CVD机制已被其他科学家采用，以创建纳米级的碳结构。全碳气凝胶是通过使用ZnO模板的化学气相沉积法生产的。

该模板由微米厚的棒状物组成，通常呈多边形，可以通过混合相当数量的氧化锌和聚乙烯醇粉末并在900℃加热混合物来合成。GC合成是在~760°C的氩气流下进行的，其中注入甲苯蒸汽作为碳源。一层薄薄的（~15纳米）、不连续的碳沉积在氧化锌上，然后通过向反应室添加氢气将其侵蚀掉。因此，剩余的碳网络与原始氧化锌模板的形态密切相关。

全碳气凝胶电极已经在电双层电容器（EDLC，也称为超级电容器）中进行了测试，并经受住了与加载-卸载循环和电解质结晶（在溶剂蒸发过程中发生）有关的机械冲击。它们的比能量为1.25Wh/kg，与碳纳米管电极的比能量（约2.3Wh/kg）相当。

由于既黑又光，气相石已被提议作为光帆的候选物。