CN105645382A - 一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，该方法通过调节间苯二酚与甲醛总质量分数、间苯二酚与碳酸钠的质量比，控制凝胶化时间、碳化过程升温速率及其烧结温度，得到具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶。采用本发明方法制备的碳气凝胶的密度范围为20～60mg/cm3，比表面积范围为1783～967m2/g，在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率均低于0.3％，吸光率均大于99.7％，可作为一种新颖的超黑材料，应用于航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域。

Description

一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于多孔碳材料制备领域，具体涉及一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法。
背景技术
理想的黑色材料可以如同“黑洞”吸收照射到其表面的所有光而不发生透射和反射，现实中虽然无法达到理想状态，但自从基尔霍夫阐述了黑体概念以及普朗克创立黑体辐射定律以来，超黑材料以其对不同领域科研的重要性吸引着越来越多的关注。超黑材料可以有效减少不利的反射并对离散光线进行极大限度的吸收，从而实现对光的高效吸收，这一特性使超黑材料在杂散光抑制器件、航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域有着广泛应用。
传统黑色材料主要依靠材料本征吸光特性来实现对光的吸收。目前，黑漆和石墨材料对可见光的反射率为5％～10％，铂黑、金黑、炭黑颗粒涂层对光的平均反射率为1％。虽然黑色涂层的吸光率可以高达99％，但是光照射到黑色物体表面，除了被物体直接吸收外，在气-固界面处存在菲涅尔反射，影响入射光被吸收的比例，导致无法进一步提高材料对光的吸收。
近年来，有研究发现，如果在黑色材料本征吸光特性基础上，在黑色材料表层或内部构筑减反射结构，实现光在材料内部的多级反射，就能提高对光的捕获率，延长光与黑色材料的作用时间，进而提高吸光率。国际国内沿着这一思路对超黑材料的研究方兴未艾。Steglich等利用电感耦合等离子体刻蚀法(ICP-RIE)在硅片表面刻蚀形成具有一定厚度的硅纳米线阵列，将硅的吸光作用和纳米线阵列的减反射限光作用相结合，实现在350～2000nm波段对光的平均反射率为0.5％。Kodama报道了经化学法刻蚀后具有一定表面结构的镍磷合金涂层，在488～1550nm波段对光的反射率为0.1～0.2％。研究表明，宽光谱减反射吸光特性优异的碳纳米管阵列很好的结合了碳对光的本征吸收作用和纳米管阵列的减反射限光作用。Yang等研究开发的一种超黑材料在457～633nm波段对可见光的平均反射率仅为0.05％，几乎比美国国家标准与技术研究院用作当前黑色基准的碳物质黑了近30倍。这种超黑材料由低密度碳纳米管阵列制成，纳米管阵列能将入射光限制在狭窄的阵列间隙之间，提高碳对光的吸收。研究人员还使碳纳米管阵列的表面变得崎岖不平，进一步降低对光的反射率。随后，美国航空航天局成功研制出一种碳纳米管阵列，它能实现对紫外、可见光、近红外以及远红外波段光线超过99％的吸收。2014年，英国研究人员利用碳纳米管阵列制成的“VANTAblack”超黑材料实现了在2.5～15μm波段对光的反射率低于1％。
上述超黑材料可以实现对光的高效吸收，但在实际应用中仍有诸多难点。铂黑、金黑、镍磷合金、黑硅等材料质量过重，而航空航天器等领域对质量要求极为苛刻；同时，上述材料缺乏耐热冲击、耐酸碱、抗氧化等特性，这些都限制了材料的应用范围。碳材料具有质轻、高强度、化学惰性、宽光谱光学特性等优良性能。常用于黑色涂层的炭黑颗粒对光的平均反射率仅为1％。碳纳米管阵列虽然可以实现对紫外、可见光、近红外以及远红外波段光线超过99％的吸收，但是碳纳米管阵列制备精度要求高、样品尺寸有限、可加工性差，这些不足同样对其应用存在大量限制。
碳气凝胶是一种新型纳米多孔材料，具有很高的比表面积，密度变化范围广，孔隙结构可调，其在力学、声学、电学、热学及光学等领域都有潜在的应用价值。同时，碳气凝胶具有质轻，密度、结构可控，可加工性良好，能满足大规模制备等优点，在实际应用中具有极大的优势。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，通过改进碳气凝胶的制备工艺，控制碳气凝胶的孔径及微观结构变化，开发具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶，用作一种新颖的超黑材料是十分必要和有意义的。基于这种发现，完成了本发明。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将间苯二酚溶于去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入甲醛溶液，搅拌10～30min，然后加入碳酸钠，搅拌10～30min，然后补充去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌10～30min，得到混合溶液；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于60～80℃的恒温箱中进行凝胶化，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸/丙酮溶液中进行酸化老化；
步骤四、将酸化后的湿凝胶置于丙酮溶液中进行溶剂交换；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，进行二氧化碳超临界干燥，得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶放入程序控温炭化炉中，在惰性气体保护下进行烧结、碳化，得到碳气凝胶。
优选的是，所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法为：按重量份，取5～8份苯酐，与20～30份丙酮混合，再加入3～10份的壳聚糖和1～5份吡啶混合，将混合物料升温至75～85℃并在此温度下搅拌反应5～10h，得到反应后混合物；将反应后混合物冷却至室温后，过滤，滤液经硫酸镁干燥、再经蒸馏除去有机溶剂后得到壳聚糖酯化产物；取壳聚糖酯化产物5～10份，加入到20～60份乙醇中，搅拌10～30min，然后加入5～10份质量浓度为20％的硝酸铜水溶液，搅拌条件下滴加三乙胺调节溶液的pH值至7-8，然后在室温条件下搅拌1～2h，过滤，得到的固体产物依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3～5次，然后在50～70℃的烘箱中干燥至恒重，得到改性壳聚糖铜配合物；取1～5份改性壳聚糖铜配合物，加入100份N,N-二甲基甲酰胺，搅拌得到改性壳聚糖铜配合物溶液。
优选的是，所述步骤一得到的反应溶液中间苯二酚与甲醛的总质量分数为1wt％～4wt％；所述步骤一中间苯二酚与碳酸钠的质量比为100～200：1；所述步骤一中间苯二酚与改性壳聚糖铜配合物的质量比为1:0.5～2。
优选的是，所述步骤一中在反应溶液中逐滴加入改性壳聚糖铜配合物溶液后将溶液置于超声波分散仪中超声30～60min，超声功率的调节范围在500～1500W，超声频率在20～40KHz。
优选的是，所述的步骤二中凝胶化时间为15天～45天。
优选的是，所述的步骤六中的惰性气体为氦气、氩气、氮气中的一种。
优选的是，所述步骤六中，程序控温的过程为：将炭化炉从室温升至150℃抽真空，保温2h，然后以50mL/min的气流速度通入惰性气体，以0.5℃/min的速度升温至200～400℃，保温25～35min，然后以0.8℃/min的速度升温至500～700℃，保温30～60min，然后以0.6℃/min的速度升温至800～900℃，保温1～2h，然后以0.5℃/min的速度升温至1000～1100℃，保温1～3h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶。
优选的是，所述的步骤六中的碳化过程升温速率为0.5℃/min～1℃/min；所述碳化过程烧结温度为900℃～1100℃。
优选的是，所述步骤五中超临界干燥的温度45℃、压强200bar。
优选的是，所述碳气凝胶的密度为20～60mg/cm3，比表面积为1783～967m2/g，所述碳气凝胶在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率均低于0.3％，吸光率均大于99.7％。
本发明中，利用间苯二酚同甲醛发生加成反应，生成羟甲基组，进而发生缩聚反应，生成交联聚合物，并同时加入改性壳聚糖铜配合物进行交联。
本发明至少包括以下有益效果：采用本发明的制备方法可以制备具有不同宽光谱减反射结构的碳气凝胶，该碳气凝胶表现出质轻以及优异的宽光谱减反射吸光特性，并且便于控制。此方法制备的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶，可作为一种新颖的超黑材料，在航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域具有广泛的潜在应用价值。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的碳气凝胶的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备的碳气凝胶的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3制备的碳气凝胶的扫描电镜图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
步骤一、将0.647g间苯二酚溶于50mL去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入0.871mL甲醛溶液，搅拌20min，然后加入0.147mL碳酸钠溶液，搅拌20min，然后补充20mL去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入30mL改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌30min，得到混合溶液；所述甲醛溶液的密度1.066g/mL，甲醛质量百分比为38％；所述碳酸钠溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于80℃的恒温箱中凝胶30天，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸(3vol.％)/丙酮(97vol.％)溶液中进行酸化老化7天；
步骤四、将将酸化老化处理后的湿凝胶置于装有新鲜丙酮的容器中进行溶剂交换，每天更换丙酮，持续5天；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，在T＝45℃，P＝200bar实验条件下经CO2超临界干燥得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶在流动氩气保护下于管式炉中碳化，从室温缓慢升至150℃抽真空，保持2h；然后以50mL/min的气流速度通入氩气，以0.6℃/min升温速率从150℃缓慢升至1050℃保持碳化3h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶；该碳气凝胶的密度为20mg/cm3，比表面积为1783m2/g，在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率低于0.24％，吸光率大于99.76％，电镜照片见图1。
所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法为：取8g苯酐，与20g丙酮混合，再加入5g壳聚糖和2g吡啶混合，将混合物料升温至85℃并在此温度下搅拌反应8h，得到反应后混合物；将反应后混合物冷却至室温后，过滤，滤液经硫酸镁干燥、再经蒸馏除去有机溶剂后得到壳聚糖酯化产物；取壳聚糖酯化产物8g，加入到30g乙醇中，搅拌30min，然后加入8g质量浓度为20％的硝酸铜水溶液，搅拌条件下滴加三乙胺调节溶液的pH值至7，然后在室温条件下搅拌2h，过滤，得到的固体产物依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次，然后在70℃的烘箱中干燥至恒重，得到改性壳聚糖铜配合物；取2g改性壳聚糖铜配合物，加入100gN,N-二甲基甲酰胺，搅拌得到改性壳聚糖铜配合物溶液；所述壳聚糖溶解在1％的乙酸溶液中然后进行酯化反应。
实施例2：
步骤一、将1.941g间苯二酚溶于50mL去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入2.614mL甲醛溶液，搅拌20min，然后加入0.441mL碳酸钠溶液，搅拌20min，然后补充20mL去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入30mL改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌30min，得到混合溶液；所述甲醛溶液的密度1.066g/mL，甲醛质量百分比为38％；所述碳酸钠溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法采用实施例1所述的方法；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于80℃的恒温箱中凝胶30天，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸(3vol.％)/丙酮(97vol.％)溶液中进行酸化老化7天；
步骤四、将将酸化老化处理后的湿凝胶置于装有新鲜丙酮的容器中进行溶剂交换，每天更换丙酮，持续5天；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，在T＝45℃，P＝200bar实验条件下经CO2超临界干燥得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶在流动氩气保护下于管式炉中碳化，从室温缓慢升至150℃抽真空，保持2h；然后以50mL/min的气流速度通入氩气，以0.6℃/min升温速率从150℃缓慢升至1050℃保持碳化3h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶；该碳气凝胶的密度为40mg/cm3，比表面积为997m2/g，在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率低于0.21％，吸光率大于99.79％，电镜照片见图2。
实施例3：
步骤一、将2.588g间苯二酚溶于50mL去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入3.485mL甲醛溶液，搅拌20min，然后加入0.588mL碳酸钠溶液，搅拌20min，然后补充20mL去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入30mL改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌30min，得到混合溶液；所述甲醛溶液的密度1.066g/mL，甲醛质量百分比为38％；所述碳酸钠溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法采用实施例1所述的方法；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于80℃的恒温箱中凝胶30天，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸(3vol.％)/丙酮(97vol.％)溶液中进行酸化老化7天；
步骤四、将将酸化老化处理后的湿凝胶置于装有新鲜丙酮的容器中进行溶剂交换，每天更换丙酮，持续5天；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，在T＝45℃，P＝200bar实验条件下经CO2超临界干燥得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶在流动氩气保护下于管式炉中碳化，从室温缓慢升至150℃抽真空，保持2h；然后以50mL/min的气流速度通入氩气，以0.6℃/min升温速率从150℃缓慢升至1050℃保持碳化3h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶；该碳气凝胶的密度为60mg/cm3，比表面积为967m2/g，在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率低于0.19％，吸光率大于99.81％，电镜照片见图3。
实施例4：
步骤一、将1.941g间苯二酚溶于50mL去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入2.614mL甲醛溶液，搅拌30min，然后加入0.441mL碳酸钠溶液，搅拌20min，然后补充30mL去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入20mL改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌30min，得到混合溶液；所述甲醛溶液的密度1.066g/mL，甲醛质量百分比为38％；所述碳酸钠溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法为：取6g苯酐，与25g丙酮混合，再加入8g壳聚糖和4g吡啶混合，将混合物料升温至80℃并在此温度下搅拌反应10h，得到反应后混合物；将反应后混合物冷却至室温后，过滤，滤液经硫酸镁干燥、再经蒸馏除去有机溶剂后得到壳聚糖酯化产物；取壳聚糖酯化产物10g，加入到50g乙醇中，搅拌20min，然后加入7g质量浓度为20％的硝酸铜水溶液，搅拌条件下滴加三乙胺调节溶液的pH值至7，然后在室温条件下搅拌1h，过滤，得到的固体产物依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤5次，然后在70℃的烘箱中干燥至恒重，得到改性壳聚糖铜配合物；取5g改性壳聚糖铜配合物，加入100gN,N-二甲基甲酰胺，搅拌得到改性壳聚糖铜配合物溶液；所述壳聚糖溶解在1％的乙酸溶液中然后进行酯化反应。
步骤二、将混合溶液密封，并放置于70℃的恒温箱中凝45天，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸(3vol.％)/丙酮(97vol.％)溶液中进行酸化老化7天；
步骤四、将将酸化老化处理后的湿凝胶置于装有新鲜丙酮的容器中进行溶剂交换，每天更换丙酮，持续5天；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，在T＝45℃，P＝200bar实验条件下经CO2超临界干燥得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶加入炭化炉中，将炭化炉从室温升至150℃抽真空，保温2h，然后以50mL/min的气流速度通入氮气，以0.5℃/min的速度升温至200℃，保温25min，然后以0.8℃/min的速度升温至500℃，保温30min，然后以0.6℃/min的速度升温至900℃，保温2h，然后以0.5℃/min的速度升温至1100℃，保温1h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶；该碳气凝胶的密度为45mg/cm3，比表面积为971m2/g，该碳气凝胶在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率均低于0.08％，吸光率均大于99.92％。
实施例5：
步骤一、将2.588g间苯二酚溶于50mL去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入3.485mL甲醛溶液，搅拌20min，然后加入0.588mL碳酸钠溶液，搅拌20min，然后补充20mL去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入30mL改性壳聚糖铜配合物溶液，然后将溶液置于超声波分散仪中超声50min，超声功率为1200W，超声频率在28KHz；在完成超声后，继续搅拌30min，得到混合溶液；所述甲醛溶液的密度1.066g/mL，甲醛质量百分比为38％；所述碳酸钠溶液的物质的量浓度为0.2mol/L；所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法采用实施例4所述的方法；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于80℃的恒温箱中凝胶30天，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸(3vol.％)/丙酮(97vol.％)溶液中进行酸化老化7天；
步骤四、将将酸化老化处理后的湿凝胶置于装有新鲜丙酮的容器中进行溶剂交换，每天更换丙酮，持续5天；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，在T＝45℃，P＝200bar实验条件下经CO2超临界干燥得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶加入炭化炉中，将炭化炉从室温升至150℃抽真空，保温2h，然后以50mL/min的气流速度通入氮气，以0.5℃/min的速度升温至200℃，保温25min，然后以0.8℃/min的速度升温至500℃，保温30min，然后以0.6℃/min的速度升温至900℃，保温2h，然后以0.5℃/min的速度升温至1100℃，保温1h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶；该碳气凝胶的密度为58mg/cm3，比表面积为980m2/g，该碳气凝胶在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率均低于0.06％，吸光率均大于99.94％。
本发明通过控制反应参数和条件，由间苯二酚、甲醛和改性壳聚糖铜配合物经交联反应制成水凝胶，然后经超临界干燥、高温碳化可制备得到具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶，在制备的过程中采用的原料按本发明所述比例，各个参数在所述的范围内，制备的碳气凝胶密度低于60mg/cm3，比表面积大于950m2/g，所得碳气凝胶在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率低于0.3％，吸光率大于99.7％，并且由于改性壳聚糖铜配合物的存在，改性壳聚糖铜配合物分子表面的氨基与间苯二酚存在氢键相互作用，且甲醛即能与改性壳聚糖铜配合物反应，促进改性壳聚糖铜配合物的交联，又能与间苯二酚形成羟甲基组，从而进一步将苯酚和甲醛分子吸附在壳聚糖的骨架周围，使交联的稳定性增强，同时气凝胶经过碳化得到的碳气凝胶中包含纳米氧化铜结构，能够拓展碳气凝胶的应用，可作为一种新颖的超黑材料，在航空航天探测传感器、太阳能光热转换器、国防隐身技术等领域具有广泛的潜在应用价值。此外，采用超声对混合溶液进行处理，超声波能释放出巨大的能量，产生的局部高温高压环境和具有强烈冲击力的微射流，容易实现各相均匀混合，消除局部浓度不均匀，提高反应速度，刺激新相的形成，而且对团聚还可以起到剪切作用，有利于纳米团簇的形成，且可以稳定的存在。并且在碳化的过程中采用程序升温，程序升温能够发挥每个温度段的最大效益，降低整个过程的平均温度，减少总的能量损失，提高整体的能量利用率，同时，程序升温减少了加热装置在高温下的工作时间，从而降低了对加热装置耐高温特性的要求，提高了加热设备的使用率和可靠性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列应用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将间苯二酚溶于去离子水中，搅拌至溶液澄清后，加入甲醛溶液，搅拌10～30min，然后加入碳酸钠，搅拌10～30min，然后补充去离子水，得到反应溶液，在搅拌条件下，在反应溶液中逐滴加入改性壳聚糖铜配合物溶液，继续搅拌10～30min，得到混合溶液；
步骤二、将混合溶液密封，并放置于60～80℃的恒温箱中进行凝胶化，得到湿凝胶；
步骤三、将得到的湿凝胶置于三氟乙酸/丙酮溶液中进行酸化老化；
步骤四、将酸化后的湿凝胶置于丙酮溶液中进行溶剂交换；
步骤五、将溶剂交换后的湿凝胶放入超临界二氧化碳萃取仪中，进行二氧化碳超临界干燥，得到气凝胶；
步骤六、将得到的气凝胶放入程序控温炭化炉中，在惰性气体保护下进行烧结、碳化，得到碳气凝胶。
2.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述改性壳聚糖铜配合物溶液的制备方法为：按重量份，取5～8份苯酐，与20～30份丙酮混合，再加入3～10份的壳聚糖和1～5份吡啶混合，将混合物料升温至75～85℃并在此温度下搅拌反应5～10h，得到反应后混合物；将反应后混合物冷却至室温后，过滤，滤液经硫酸镁干燥、再经蒸馏除去有机溶剂后得到壳聚糖酯化产物；取壳聚糖酯化产物5～10份，加入到20～60份乙醇中，搅拌10～30min，然后加入5～10份质量浓度为20％的硝酸铜水溶液，搅拌条件下滴加三乙胺调节溶液的pH值至7-8，然后在室温条件下搅拌1～2h，过滤，得到的固体产物依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤3～5次，然后在50～70℃的烘箱中干燥至恒重，得到改性壳聚糖铜配合物；取1～5份改性壳聚糖铜配合物，加入100份N,N-二甲基甲酰胺，搅拌得到改性壳聚糖铜配合物溶液。
3.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤一得到的反应溶液中间苯二酚与甲醛的总质量分数为1wt％～4wt％；所述步骤一中间苯二酚与碳酸钠的质量比为100～200：1；所述步骤一中间苯二酚与改性壳聚糖铜配合物的质量比为1:0.5～2。
4.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤一中在反应溶液中逐滴加入改性壳聚糖铜配合物溶液后将溶液置于超声波分散仪中超声30～60min，超声功率的调节范围在500～1500W，超声频率在20～40KHz。
5.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中凝胶化时间为15天～45天。
6.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的步骤六中的惰性气体为氦气、氩气、氮气中的一种。
7.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，程序控温的过程为：将炭化炉从室温升至150℃抽真空，保温2h，然后以50mL/min的气流速度通入惰性气体，以0.5℃/min的速度升温至200～400℃，保温25～35min，然后以0.8℃/min的速度升温至500～700℃，保温30～60min，然后以0.6℃/min的速度升温至800～900℃，保温1～2h，然后以0.5℃/min的速度升温至1000～1100℃，保温1～3h，自然冷却到室温，得到碳气凝胶。
8.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的步骤六中的碳化过程升温速率为0.5℃/min～1℃/min；所述碳化过程烧结温度为900℃～1100℃。
9.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤五中超临界干燥的温度45℃、压强200bar。
10.如权利要求1中所述的具有宽光谱减反射结构的碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碳气凝胶的密度为20～60mg/cm3，比表面积为1783～967m2/g，所述碳气凝胶在400～2000nm紫外-可见-近红外波段对光的反射率均低于0.3％，吸光率均大于99.7％。
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