技术摘要：
本发明公开了一种超弹性亲水全碳气凝胶，该全碳气凝胶由细菌纤维素碳化所得的纳米碳纤维和碳化菌体所组成，所述碳化菌体均匀地分布在所述纳米碳纤维的基体中，且所述碳化菌体被所述纳米碳纤维所缠绕；该全碳气凝胶的润湿角为10‑30°，并且具有更好的力学性能。其制备是  全部
背景技术：
碳气凝胶是一种新型轻质多孔的功能性材料。与传统的无机气凝胶(如硅气凝胶) 相比，碳气凝胶不仅具有独特的三维网状结构，而且具有极高的孔隙率、高的比表面积、低 的密度、优良的耐热性、高的电导率和力学稳定性，因而具有极其广泛的用途，如用作气体 吸附剂、油水分离材料等。近些年来，因具有导电性能，碳气凝胶广泛用于制备各种电池及 超级电容器的电极材料，因其极高的孔隙率和比表面积，也成为很有前景的组织工程支架 材料。然而，由于一般的碳气凝胶材料表面含氧官能团极少，表现为疏水的特性。例如，由碳 纳米管、石墨烯等组成的气凝胶就是典型的疏水性材料。在用作电极材料时，不利于电解质 的浸渍，致使电化学性能不佳；当用于组织工程支架材料时，疏水性能使得细胞黏附性能不 理想。因此，不需表面处理，直接通过碳化制备亲水性碳气凝胶对于电极材料和组织工程支 架材料的发展至关重要。不仅如此，循环往复的充放电，还要求碳气凝胶电极具有优异的循 环压缩(超弹性)性能。尽管碳纳米管、石墨烯等组成的气凝胶具有较好的抗压缩性能，此 外，由细菌纤维素碳化得到的纳米碳纤维气凝胶也具有较好的循环压缩性能。然而，现有的 技术难以一步法(即无需进行表面处理)制备同时具有超弹性与亲水性能的碳气凝胶。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的旨在提供一种新型的全碳气凝胶，提出了一种全新 的一步法技术方案，即与常规制备途径不同，在细菌纤维素的清洗过程中，不采用碱煮工 艺，从而将菌体保留在细菌纤维素的基体之中，然后将其进行常规的碳化。该制备过程简 单，不产生污染。所述气凝胶由纳米碳纤维及包裹于其中的碳化菌体所组成。正是由于其中 的碳化菌体的存在，使其表现出意料之外的亲水性能和优于相应的不含菌的碳化细菌纤维 素气凝胶的超弹性性能。 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种超弹性亲水全碳气凝胶，该全碳气凝 胶由细菌纤维素碳化所得的纳米碳纤维和碳化菌体所组成，所述碳化菌体均匀地分布在所 述纳米碳纤维的基体中，且所述碳化菌体被所述纳米碳纤维所缠绕；所述全碳气凝胶的润 湿角为10-30°。 本发明所述的超弹性亲水全碳气凝胶的制备方法的具体步骤如下： 步骤一、采用常规方法配制培养基，并置入灭菌锅高温高压灭菌30～60分钟； 步骤二、制备细菌纤维素水凝胶：在无菌环境下，将菌种接种到培养基中；取已接 种的培养基在30℃条件下静态培养3～7天，得到细菌纤维素水凝胶； 步骤三、将该细菌纤维素水凝胶放入去离子水中浸泡，2～3次换水浸泡清洗至水 溶液为无色，使得细菌菌体保留在细菌纤维素的基体中，得到细菌菌体与细菌纤维素组成 的水凝胶，将上述的细菌菌体与细菌纤维素组成的水凝胶在叔丁醇中浸泡48小时后，在-40 3 CN 111591972 A 说　明　书 2/3 页 ℃～-50℃冷冻干燥48小时，得到产菌体与细菌纤维素组成的气凝胶材料； 步骤四、将步骤三得到的气凝胶材料放入管式炉中，以30毫升/秒的速率通入氩气 10分钟，排尽炉中的空气后进行碳化，碳化工艺条件为：以1℃/分钟的升温速率加热到250 ～350℃保温100分钟，接着以2℃/分钟的升温速率加热到450～550℃保温100分钟，再以5 ℃/分钟的升温速率加热到600～900℃保温140分钟，最后以1℃/分钟的降温速率降温到 250～350℃后随炉冷却至室温，得到碳化菌体与碳化细菌纤维素组成的全碳气凝胶。 进一步讲，本发明中所述的菌种选自于醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无 色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的任何一种。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明不需进行碱煮，将细菌菌体保留在细菌纤维素的基体之中，使得制备过程 更加环保、安全。另外，经碳化后，碳化菌体被细菌纤维素纳米碳纤维缠绕，使得本发明的气 凝胶具有更好的力学性能，所述全碳气凝胶在70％应变下循环压缩100次仍后可完全恢复 其形状，3％的应变下循环压缩10万次或者5％的应变下循环5万次，压缩应力减小幅度小于 5％，所述全碳气凝胶的润湿角为10-30°；特别是具有传统全碳材料(包括相应的不含菌的 碳化细菌纤维素气凝胶)无法获得的亲水性能(传统全碳材料通常为疏水)和出众的超压缩 性能(传统全碳材料在70％应变下循环压缩100次后无法恢复其形状)，使之可作为组织工 程支架和电极材料使用。 附图说明 图1为实施例1制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶的宏观照片。 图2为实施例1制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶的微观照片：a为碳化细菌在碳 化细菌纤维素纳米纤维基体中的分布，b图显示碳化细菌被碳化细菌纤维素纳米纤维所缠 绕。 图3为本发明实施例1制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶的压缩性能曲线。 图4为本发明实施例1制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶经过10次压缩循环后形 状恢复的照片。 图5为本发明实施例2制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶经过10次压缩循环后形 状恢复的照片。 图6为本发明实施例3制备得到的超弹性亲水全碳气凝胶经过10次压缩循环后形 状恢复的照片。