碳泡沫是一种新型的多孔轻质炭材料。它以其独特的微观结构，优良的吸附性能、较低的热膨胀系数以及可调的电导、热导率等一系列显著的物理性质，在热控材料、微波吸附、超级电容器、航空航天等领域中有着十分广泛的应用前景。目前，普遍采用中间相沥青为前驱体，通过高压自发泡的方法制备碳泡沫材料。这使得碳泡沫的制备极其困难，而且制得的碳泡沫还存在结构控制欠佳，机械强度不高，表面有较多的微裂纹等缺点，严重地制约了碳泡沫的推广应用。因此，改进和优化碳泡沫的制备技术和工艺，开发新的制备技术路线，从而达到对碳泡沫结构的有效控制，这些都是碳泡沫研究中进一步深入和走向实际应用所需要解决的关键问题。本文选择酚醛树脂、间苯二酚/甲醛以及芳基乙炔为碳源，探索了高压发泡法、常压发泡法、乳液聚合法、模板法等多种方法来制备多孔碳泡沫，优化制备参数，制得了具有不同微观结构的碳泡沫。 ⑴选择酚醛树脂为前驱体，以正戊烷作为发泡剂，吐温80为匀泡剂，通过在高压釜中卸压发泡的方法制备了碳泡沫材料，其密度约为0．15～0．30g·cm—3。通过选择合适的卸压速率，制得了具有开孔网络结构、孔直径约为300μm且分布较为均匀、接点完好、韧带光滑等具有良好微结构的碳泡沫。 ⑵选择以间苯二酚和甲醛为碳源，碳酸钠为催化剂合成的具有一定粘度的酚醛树脂为前驱体，正戊烷为发泡剂，吐温80为匀泡剂，采用常压发泡法制备了碳泡沫，所得典型样品的孔直径约为100～200μm，密度在0．10～0．40g·cm—3之间。通过控制前驱体酚醛树脂的粘度和发泡剂的用量等条件，制得了具有较好微观结构的碳泡沫。 ⑶以芳基乙炔为前驱体，硫酸为催化剂，正戊烷为发泡剂，吐温80为匀泡剂，通过常压发泡法制备了高机械强度的碳泡沫。所得碳泡沫密度约为0．60～1．20 g·cm—3，孔径约为200μm。通过选择合适的制备条件如控制发泡剂的用量，催化剂的浓度及用量等，制得了韧带和接点光滑等具有良好微结构的碳泡沫。芳基乙炔聚合物泡沫炭化后的高残炭率，以及样品中良好的孔结构赋予碳泡沫较高的机械强度；所得碳泡沫的典型样品的耐压强度达到25．8 MPa，耐压强度/密度比为43．0 MPa·cm3·g—1。 ⑷以液体石蜡为油相，吐温80和司班80复配作为乳化剂，水、间苯二酚和甲醛溶液作为水相，获得了O/W型乳状液。以NaOH为催化剂，将所得O/W型乳状液聚合、干燥、炭化后制备了碳泡沫。通过控制制备条件，制得了具有完整孔洞和孔壁、孔直径为1～2μm且分布比较均匀的碳泡沫材料。然而，当以氨水为催化剂时，所得碳泡沫具有完全不同的微观形貌。当间苯二酚/甲醛的质量分数高于35．7％时，所得碳泡沫微球状的粒子组成；当间苯二酚/甲醛的质量分数为29．8％时，所得碳泡沫由高度缠绕的蠕虫状粒子组成。这些微球状或者蠕虫状粒子的大小和以NaOH为催化剂时所得碳泡沫的孔径尺寸相仿。推断性的证据表明，以氨水为催化剂时，乳液体系发生了相变，原来的O/W型乳液逐渐转变成双连续相结构或者W/O型乳液，相变导致形成前者还是后者则取决于乳液水相中间苯二酚/甲醛的质量分数。从分子间氢键出发，应用内聚能理论探讨了不同类型催化剂时乳液的相变机理以及不同形貌的碳泡沫的形成过程。 ⑸以间苯二酚、甲醛为碳源，非离子表面活性剂司盘80为模板，乙醇为溶剂制得了孔直径为4 nm且分布比较均匀的介孔碳泡沫材料，该碳泡沫比表面积为670㎡·g—1，孔体积为0．65 cm3·g—1。以间苯二酚、甲醛为碳源，司盘80和二氧化硅纳米粒子为双模板，乙醇为溶剂制得了具有分级孔结构的介孔碳泡沫材料。所得碳泡沫中同时存在4 nm和10 nm的介孔，比表面积为580㎡·g—1，孔体积为0．80 cm3·g—1。