玻璃碳泡沫因其低密度、高比表面积、低热导率、出色的热稳定性和耐化学性以及承载能力，成为一类极具吸引力的轻质多孔材料[1]、[2]、[3]、[4]。因此，它们有望应用于许多极端条件，如热防护系统、高性能电磁干扰屏蔽、能量存储和高温过滤[5]、[6]、[7]。通过热解将聚合物前驱体转化为玻璃碳是一种有效的方法。然而，热解过程会导致显著的体积收缩。这种固有的收缩会引入结构缺陷，如微裂纹和空洞，从而严重降低碳泡沫的机械性能，最终限制了其在多种极端条件下的应用[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[14]。
在这种情况下，提高玻璃碳泡沫的机械性能至关重要，而引入增强相是改善其机械性能的有效途径。与大多数脆性材料类似，应考虑采用增强策略，例如添加晶须、纤维和金属颗粒[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。将碳纤维和碳纳米管引入碳材料中是调整微观结构并改善玻璃碳泡沫机械性能的有效方法[20]。向碳泡沫中添加6 wt%的碳纤维后，其压缩强度从4.1 MPa提高到了8.1 MPa[21]。Wang等人[22]将3 wt%的碳纤维加入树脂基碳泡沫中，然后通过化学气相沉积（CVD）使其致密化，得到了密度为1.5 g/cm3、压缩强度为42 MPa的C/C复合材料。然而，由于界面结合力较弱，碳纤维增强碳泡沫的机械性能往往仍然有限。尽管碳纤维可以在碳泡沫中构建宏观增强框架，但难以抑制碳泡沫支柱中的微裂纹形成。在这方面，碳纳米管可以有效增强支柱，防止微裂纹的形成[15]、[23]、[24]、[25]。据报道，碳纳米管增强的氰酸酯（CE）基碳泡沫的压缩强度达到了7.34 MPa[26]。在预处理的沥青基碳泡沫中添加碳纳米管也提高了MWCNTs/碳泡沫的压缩强度[27]。因此，提出了一种结合微观尺度碳纤维和纳米尺度碳纳米管的多尺度增强策略，以实现碳泡沫在宏观和微观结构层面的协同增强。已有研究表明，多尺度增强可以显著改善材料的机械性能[28]、[29]、[30]。Wu等人[31]报告称，由碳纳米管接枝碳纤维增强的聚酰亚胺基复合材料的导热率和机械性能优于聚酰亚胺本身。Zhou等人[32]发现，在Cf/Mg复合材料中添加碳纳米管可以显著提高复合材料的强度和延展性。基于上述研究，认为碳纤维和碳纳米多的尺度增强是提高玻璃碳泡沫性能的有前景的方法。
在本文中，我们提出在酚醛树脂基碳泡沫中均匀分散碳纤维和碳纳米管，以优化孔结构并显著增强碳泡沫的性能。选择酚醛树脂作为前驱体制备玻璃碳泡沫的原因有以下几点：（i）酚醛树脂浆液可以有效地分散碳纤维和碳纳米管；（ii）酚醛树脂的残碳率较高且成本低；（iii）酚醛树脂是一种热固性材料，有利于固化后去除模板。预计通过均匀分散碳纤维和碳纳米多的尺度增强方法，可以制备出高强度碳泡沫。本文系统研究了碳纤维和碳纳米管对碳泡沫的孔结构、密度和机械性能的影响。
