低密度オープンセル有機発泡体、低密度オープンセル炭素発泡体およびこれらの調製方法
【課題】低密度オープンセル有機発泡体および低密度オープンセル炭素発泡体ならびにこれらの調製方法を提供すること。
【解決手段】有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、を含む、方法。
【解決手段】有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ゲル、発泡体およびエーロゲルの一般的な分野に関する。より詳細には、本発明は、低密度オープンセル（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ）有機発泡体および低密度オープンセル炭素発泡体ならびにこれらの調製方法に関する。より詳細には、本発明は、従来の触媒濃度（例えば、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値であって、これは、典型的に、約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる）よりも低い触媒濃度を使用して、ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノール）ならびにアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、グルタルアルデドおよびグリオキサール）から調製される有機ゲルから誘導される低密度オープンセル有機発泡体、ならびにこれらの調製方法に関する。これらの有機発泡体は、比較的大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。本発明はまた、このような有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体、ならびにこれらの調製方法に関する。これらの炭素発泡体はまた、比較的大きいセルサイズ、高い空隙率、大きい表面積、および高い静電容量によって特徴付けられる。本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体、およびそれらの調製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
本出願を通して、種々の刊行物、特許および発行された特許出願が、引用を同定することによって参照される；これらの文書についての十分な引用は、請求の範囲のすぐ前の本明細書の最後に見出され得る。本出願において参照される刊行物、特許および発行された特許明細書の開示は、本開示に参考としてここに援用され、本発明が属する分野の状況をより十分に記載する。
【０００３】
ゲルは、液体に及ぶ連続的な３次元網目構造（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）から生じる固体様の挙動を示す独特なクラスの物質である。この網目構造は多機能性連結を介して相互接続された分子からなる。これらの連結は、例えば、共有架橋、結晶化、イオン相互作用、水素結合、または鎖のもつれ合いから形成され得る。いくつかの場合において、連結形成は可逆性であり、そしてゲルは温度変化の際に液体様の挙動に復帰する。
【０００４】
ゲルは種々の用途のために合成されてきた。例えば、ゲルはタンパク質混合物の電気泳動において、クロマトグラフィーパッキング材料として、およびコンタクトレンズ材料として使用されてきた。ゲルはまた、他の生成物を生成するために、中間体として使用されてきた。例えば、ゲルは高モジュール繊維、メンブレン、金属酸化物セラミックおよび低密度物質の製造において使用されてきた（これらはしばしば、発泡体、エーロゲルおよびキセロゲルと称される）。
【０００５】
発泡体、エーロゲルおよびキセロゲルの命名法は、しばしば、任意で、わかりにくく、および一貫していない。これらの用語は、一般に、多孔性、低重量、相対的に低密度の物質に関する。
【０００６】
一般的に、用語「発泡体」は、しばしば、物質（この物質とは、液体または固体であり得る）中の気泡の分散体として慣用的におよび単純に特徴付けられ得る低密度多孔性物質をいうために称される。発泡体は、種々の用途において広範な利用性を見出す。例えば、有機ポリマーから形成される発泡体は、断熱材、建設、濾過および関連産業における使用を見出す。
【０００７】
発泡体はしばしば、閉鎖型セル発泡体またはオープンセル発泡体として慣用的に分類される。閉鎖型セル発泡体は、主に、そこに取り込まれた気体が容易には抜け出せ得ない密閉された細孔容量を有することにより特徴付けられる。閉鎖型セル発泡体の一般例はポリスチレンである。対照的に、オープンセル発泡体は、主に、密閉されていない、そしてしばしば、相互接続している、そしてそこから取り込まれた気体が抜け出し得、また、再び進入し得る、細孔容量を有することにより特徴付けられる。
【０００８】
種々のクラスのオープンセル発泡体が、いくらか、任意に同定されてきた。用語「エーロゲル」は、相互接続したコロイド様の粒子または繊維状鎖から成る透明な、低密度の、大きい表面積の多孔性固体により特徴付けられる１つのクラスのオープンセル発泡体を同定するために、しばしば使用される。これらの物質は、約１００ｎｍ未満の寸法を有する形態学的な構造（例えば、粒子サイズおよび間隔、孔サイズおよび間隔）によって特徴付けられる。結果として、これらの物質は視覚的に透明である。
【０００９】
エーロゲルはまた、その多孔性の性質により特徴付けられる（例えば、細孔サイズ分布）：典型的には、これらは、ミクロ孔、中間細孔およびマクロ孔を有する。ミクロ孔は、一般的に、約２ｎｍ未満の寸法を有する細孔を含む；これらは、しばしば、個々の粒子内または粒子間に孔である。一般に、中間細孔は約２〜約５０ｎｍの寸法を有する孔である；しばしば、これらは粒子または粒子の鎖の間の間隔に関連する。エーロゲルにおいて、一般に、マクロ孔は約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの寸法を有する孔である。エーロゲルの大きい表面積（例えば、３００〜１０００ｍ２／ｇ）は多孔性ナノ構造のためである。
【００１０】
用語「キセロゲル」は、多くの点でエーロゲルに類似する（例えば、低重量、多孔性、大きい表面積および透明）が、特に、エーロゲルよりも著しく高密度である、別のクラスのオープンセル発泡体を同定するために、しばしば、使用される。この方法において、しばしば、キセロゲルは緻密化したバージョンのエーロゲルとして記載される；すなわち、ここでこの物質は収縮して、粒子および粒子の鎖が互いにより近接するようになる。それゆえ、キセロゲルは、しばしば、粒子の圧密ならびに粒子および粒子の鎖の間の間隙の除去によるマクロおよび中間細孔の数の減少により特徴付けられる。キセロゲルについて観察される表面積（しばしば、５００ｍ２／ｇほどの大きさである）は、主に、個々の粒子内および粒子間の多数のミクロ孔の結果である。
【００１１】
別のクラスのオープンセル発泡体（しばしば、単に「発泡体」として称される）は、不透明であること、および低密度および比較的大きい表面積を有することにより特徴付けられる多孔性固体である。これらの物質は、一般に１００ｎｍより大きい寸法を有する、いくつかの形態学的な構造（例えば、粒子サイズおよび間隔、孔サイズおよび間隔）により特徴付けられる。結果として、これらの物質は視覚的に不透明である。
【００１２】
重要なクラスの有機発泡体は、アルデヒドを用いる、置換（例えば、ヒドロキシル化、しばしば、ポリヒドロキシル化）芳香族化合物の重縮合により形成されるゲルから誘導され得る。他の化学的に結合したゲルのように、得られた有機ゲルの小さいセル／孔サイズ（典型的には約５０ｎｍ未満）は、有機エーロゲルを生じるために、複雑で、集約的で、そして高価な乾燥方法を必要とする。簡単なエバポレーションによって溶媒が除去される場合、液−気界面での大きな毛細管力が、ゲルを収縮または亀裂を生じさせて、実質的に緻密化かつ所望でない生成物を生じる。
【００１３】
この制限を克服するために、乾燥を行うための新規の方法が開発されてきた。細孔液体の超臨界抽出法（例えば、エバポレーションによる）を使用することによって、明らかにセル／細孔に及ぶ表面張力はなくなり、そして乾燥したエーロゲルは出発ゲルの元々の形態の大部分を保つ。例えば、Ｐｅｋａｌａ，１９８９ａ（非特許文献１）を参照のこと。このようにして、水含有ゲルの細孔中の水はアセトンと交換されてアセトン含有ゲルを形成する；次いで、アセトン含有ゲル中のアセトンは液状二酸化炭素と交換され、これは次いで、超臨界条件下（例えば、ＣＯ２臨界温度＝３１℃、臨界圧＝７．４ｍＰａ）で除去されて乾燥有機エーロゲルを生成する。あるいは、特定の有機ゲルは、しばしば、例えば、溶媒交換によって乾燥され得る。例えば、Ｍａｙｅｒら、１９９５ａ（特許文献１）を参照のこと。この方法において、水含有ゲルの細孔中の水はアセトンと交換されてアセトン含有ゲルを形成する；次いで、アセトン含有ゲル中のアセトンはシクロヘキサンと交換される；次いで、シクロヘキサン含有ゲルの孔中のシクロヘキサンは簡単なエバポレーションによって除去されて乾燥有機エーロゲルを生成する。
【００１４】
重要なクラスの有機ゲル（これはエーロゲルおよびキセロゲルを生成することに努力の焦点があった）は、ヒドロキシル化ベンゼン−アルデヒドゲルである；すなわち、アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、グリオキサール、グルタルアルデヒドおよびフルフラール）を用いる、フェノール、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールのようなヒドロキシル化ベンゼン化合物の重縮合により得られるゲル。特に、一般例はレゾルシノール−ホルムアルデヒド（すなわち、ＲＦ）ゲルである。例えば、Ｐｅｋａｌａ、１９８９ａ、１９８９ｂ、１９９１および１９９２（非特許文献１、特許文献２〜４）を参照のこと。
【００１５】
レゾルシノール（これは１，３−ジヒドロキシベンゼン（すなわち、Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２）としてもまた、称される）は、フェノール（すなわち、Ｃ６Ｈ５ＯＨ）の典型的な反応のほとんどを、しかし、２−，４−，および６−環位での増強された電子密度のためにかなり速い速度で受ける。フェノールに類似するレゾルシノールは、アルカリ条件下でホルムアルデヒド（すなわち、ＣＨ２Ｏ）と反応して付加型および縮重型生成物の混合物を形成することが公知である。原則的な反応は以下を含む：（１）レゾルシノールのヒドロキシメチル（−ＣＨ２ＯＨ）誘導体の形成、および（２） 化合物と架橋したメチレン（−ＣＨ２−）およびメチレンエーテル（−ＣＨ２ＯＣＨ２−）を形成するための、ヒドロキシルメチル誘導体の縮合。
【００１６】
レゾルシノール−ホルムアルデヒドポリマー（いわゆるＲＦポリマー）は、レゾルシノールモノマーがメチレンおよびメチレンエーテル架橋によって結合されて化学的に架橋したネットワークを形成する場合に形成され得る。
【００１７】
簡単な例を以下に図示する。
【００１８】
【化１】
レゾルシノール−ホルムアルデヒド反応（しばしば、ＲＦ反応として称される）は、通常、水溶液中で行われる。レゾルシノール（白色固体）は、通常、ホルムアルデヒド水溶液（３７．６重量％の水性ホルムアルデヒドが広く市販されている）に溶解されて、そして適切な触媒（例えば、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３））が、しばしば、希釈水溶液として添加される。いくつかの場合、酸触媒（例えば、トリフルオロ酢酸）が使用される。この溶液は穏やかに加温されてゲル化反応を開始し、そして化学的に架橋したＲＦゲルを形成する。ゲルが適切に処方される場合、しばしば、ゲルを乾燥させてＲＦエーロゲルを得ることが可能であるが、超臨界抽出、臨界未満のエバポレーションおよび溶媒交換法のような、複雑で、集約的で、そして高価な方法を使用することによってのみ可能である。
【００１９】
炭素発泡体、およびより詳細には約１００ｍｇ／ｃｍ３未満の密度および約２５ミクロン未満のセルサイズを有する炭素発泡体は、不活性雰囲気（例えば、Ｎ２またはアルゴン）下での有機ポリマーエーロゲルの熱分解を含む、種々の方法を使用して調製されてきた。例えば、Ｋｏｎｇ、１９９１ａ、１９９１ｂおよび１９９３（特許文献５〜７）を参照のこと。主に、高い電気伝導度のために、炭素発泡体はエネルギー保存デバイス（例えば、コンデンサーおよびバッテリー）、燃料電池および静電容量脱イオンデバイスのような電極適用に広範な用途を見出されている。例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ａ（特許文献８）；Ｍａｙｅｒら、１９９４、１９９５ｂ、１９９５ｃ、１９９６、１９９７（特許文献９〜１３）；Ｋａｓｈｍｉｔｔｅｒら、１９９３，１９９６（非特許文献１４〜１５）；およびＢｏｃｋら，１９９６（非特許文献２）を参照のこと。炭素発泡体はまた、濾過媒体、触媒支持体および構造的媒体を含む種々の他の適用において用途を見出されている。
【００２０】
同様に、いったん得られた乾燥ＲＦエーロゲルは、しばしば、不活性雰囲気（例えば、Ｎ２またはアルゴン）下での熱分解によって炭素エーロゲルへと変換され得る。このような炭素エーロゲルは、電気的に伝導性であり、そして特に、エネルギー保存のための、または容量性脱イオンのため（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ｂ（非特許文献３）を参照のこと）の２層コンデンサー中の電極として有用である。静電容量適用において有用である炭素エーロゲルは、典型的には相互接続した炭素粒子からなる多孔性炭素マトリクスを有し、そして粒子内および粒子間に見出される多数のミクロ細孔および中間細孔によって主に特徴付けられる。
【００２１】
炭素エーロゲルはＲＦ有機エーロゲル（熱分解を介して）から誘導されるので、ＲＦエーロゲルの構造が炭素エーロゲルの特性に影響を与えることが予想される。原則的に、炭素エーロゲルの粒子サイズおよび細孔構造は、ＲＦエーロゲルの微細構造を模倣する。
【００２２】
ＲＦエーロゲルの形態に影響を与える重要なパラメーターは、反応パラメーター「Ｒ／Ｃ」の値であり（これは以下により詳細に議論される）、この値は［レゾルシノールまたはその機能的等価物］のモル濃度を［触媒］のモル濃度で割ったものである。高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約５０）で、非常に小さいＲＦ粒子（例えば、約９ｎｍ）が形成される一方、低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約９００）で、大きいＲＦ粒子が（例えば、約６５ｎｍ）が形成される。また、高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約５０）で、大きい表面積（例えば、約９００ｍ２／ｇ）が見出される一方、低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約３００）で、より小さい表面積（例えば、約３９０ｍ２／ｇ）が見出される。高い触媒濃度で見出される大きい表面積は、多数の非常に小さい粒子の形成により説明され得る。より高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ＜３００〜４００）で、ＲＦゲルは透明かつ均一であり、そして色が暗赤色であるが、可視光に対してなお透明である乾燥ＲＦエーロゲルを生じる。より低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ＞３００〜４００）で、有機ゲルは、典型的には不透明であり、そして可視光に対して透明ではない乾燥有機エーロゲルを生じる（これは可視光を散乱する大きな粒子および細孔空間の形成に起因する）。これらは透明ではないので、後者の物質は約１００ｎｍより大きな粒子および／または細孔部位を有さねばならず、そして、しばしば結果として、もはやエーロゲルであるとみなされない。
【００２３】
低触媒濃度（高Ｒ／Ｃ）で調製されたＲＦエーロゲルについて、炭素エーロゲルの表面積は、得られたＲＦエーロゲルの表面積よりも大きいことが観察されている（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９８２（非特許文献４）を参照のこと）。この表面積における増加は粒子サイズにおける減少および熱分解の間に揮発性副産物が放出される場合のさらなる細孔の形成に起因することが示唆されている。この傾向は、高触媒濃度（低Ｒ／Ｃ）で調製されたＲＦエーロゲルについては逆転される。なぜならば、すでに粒子は非常に小さいので代わりに乾留の間に縮合（これは表面積の損失を導く）される傾向があるからである。
【００２４】
中間細孔領域（２〜５０ｎｍ）における粒子の表面のみが、炭素エーロゲルのエネルギー保存特性の増加を与える電気的二重層の形成の原因であることが示唆されている（例えば、Ｍａｙｅｒら、１９９３（非特許文献５）を参照のこと）。この方法において、ほとんどまたは全く中間細孔を有さない物質（例えばキセロゲル）は非常に低い静電容量を有するが、一方で多数の数の中間細孔を有する物質は、しばしば、大きな静電容量を有する。約４０％ｗ／ｖ以上の固体含量を有するＲＦエーロゲルから誘導（熱分解を介して）された炭素エーロゲルは、７ｎｍ以下の中間細孔分布を有する（Ｔｒａｎら、１９９６（非特許文献６））。ＲＦ誘導炭素エーロゲルの静電容量は５００ｍｇ／ｃｍ３以上の密度でピークに達することが観察されている。
【００２５】
ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、レゾルシノール）およびアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）からエーロゲルを形成するための公知の方法において、有用な生成物（例えば、乾燥エーロゲル）がゲルから得られ得るように、ｐＨおよび固体含量のような反応パラメーターは、注意深く制御される。すなわち、反応パラメーターは、得られるゲルが首尾良く乾燥されて本来のゲルの形態の多くを保持するエーロゲルを形成し得るように、注意深く制御される。
【００２６】
例えば、低触媒濃度（高Ｒ／Ｃ、開始室温ｐＨ６．０未満）を使用して形成されたＲＦゲルは、乾燥した場合に、大きい粒子および大きい細孔／セルサイズにより特徴付けられ、そして一般にエーロゲルであるとみなされていない不透明の物質を形成する物質を生じることが報告されている。従って、従来と異なった反応パラメーターを使用して形成されたＲＦゲルはＲＦエーロゲルおよびそれらの関連する炭素発泡体の形成において有用ではないと一般的に考えられている。これは主に、このようなゲルが所望でない形態を有するか、または乾燥した場合にその形態を保持し得ないと考えられるかのいずれかのためである。低密度オープンセル発泡体の分野における努力の多くが、透明なゲルから常に誘導されるエーロゲルおよびキセロゲルに向けられてきた。結果として、典型的に不透明なゲルを導く反応条件下で形成されたゲルの調製および／または乾燥にはほとんど興味が向けられておらず、そしてエーロゲルの特性の多くを有する発泡体を生じるこのような不透明なゲルにはほとんど期待が向けられなかった。
【００２７】
従来的な方法において、反応混合物のｐＨの範囲（これは主に触媒の濃度によって決定される）は、注意深く制御されて反応混合物ｐＨ（これは６．５〜７．４の狭い範囲にある）を生じる。典型的に、反応パラメーター（Ｒ／Ｃ）（これはヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル数の、触媒のモル数に対する比であり、それゆえ反応混合物のｐＨを決定するのを助ける）は、約５０〜約４００であるように選択される。また、従来的な方法において、固体含量は注意深く制御される。典型的には、反応パラメーター（Ｒ、これは反応混合物中における、総容量に対するヒドロキシル化ベンゼン化合物およびアルデヒドの重量％である）は、約５％〜４０％ ｗ／ｖになるように選択される。
【００２８】
これらの従来的な方法および反応パラメーターを使用して、（たとえ、複雑で、集約的で、そして高価な方法を使用したとしても）首尾良く乾燥されて有機エーロゲル、および熱分解した場合には炭素エーロゲル（この両方は、透明（炭素エーロゲルを除く）、大きい表面積、超微細粒子サイズおよび多孔性のような典型的なエーロゲル特性を有する）を生じ得るゲルが得られる。しかし、これら従来のゲルは水細孔流体のような高表面張力溶媒の単純なエバポレート乾燥に耐えることができない。単純なエバポレート乾燥の際に、このゲルは収縮または亀裂がはいる。得られた生成物は本来のゲルの形態を保持しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第５，４２０，１６８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８７３，２１８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９９７，８０４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，０８６，０８５号明細書
【特許文献５】米国特許第４，９９２，２５４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，０４７，２２５号明細書
【特許文献７】米国特許第５，２３２，７７２号明細書
【特許文献８】国際公開第９５／０６００２号パンフレット
【特許文献９】米国特許第５，３５８，８０２号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４０２，３０６号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，６１９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，５０８，３４１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６２６，９７７号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，２６０，８５５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，５２９，９７１号明細書
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｐｅｋａｌａ， １９８９ａ，”Ｏｒｇａｎｉｃ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ ｗｉｔｈ Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ，”Ｊ． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２４， ｐｐ． ３２２１−３２２７．
【非特許文献２】Ｂｏｃｋ ｅｔ ａｌ．， １９９６，”Ｋｏｈｌｅｎｓｔｏｆｆ−Ａｅｒｏｇｅｌｅ−Ｎａｎｏｐｏｒｏｓｅ， Ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈ Ｌｅｉｔｆａｈｉｇｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｉｅｎ，”ＧＤＣＨ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈｉｅｎ， Ｂｄ． ３， ｐｐ． ４７１−４８０．
【非特許文献３】Ｐｅｋａｌａ ｅｔ ａｌ．， １９９５ｂ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ，”Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．， Ｖｏｌ． ３９３， ｐｐ． ４１３−４１９．
【非特許文献４】Ｐｅｋａｌａ ｅｔ ａｌ．， １９８２，”Ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ−Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ，”Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ， Ｖｏｌ． ３９， ｐｐ． ２２１−２２３．
【非特許文献５】Ｍａｙｅｒ ｅｔ ａｌ．， １９９３，”Ｔｈｅ Ａｅｒｏｃａｐａｃｉｔｏｒ： Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ−Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ，”Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， １９９３， Ｖｏｌ． １４０， ｐｐ． ４４６−４５１．
【非特許文献６】Ｔｒａｎ ｅｔ ａｌ．， １９９６，”Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ａｎｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｌｏｔｈｓ，”Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．， Ｖｏｌ． ４３１， ｐｐ． ４６１−４６５．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明者らは、とりわけ、従来のパラメーターの外側に動かすことによって、より詳細には、より低い触媒濃度（すなわち、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値（これは約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる））へと動かすことによって、硬化した場合に強力な有機ゲルを生じる新規の有機ゲルが得られることを見出した。これらの新規な有機ゲルは、従来的な反応パラメーターを使用して生成されたゲルとは異なり、超臨界エバポレーション、臨界未満エバポレーションまたは溶媒交換法のような、複雑で、集約的で、そして高価な乾燥方法を必要とすること無く、細孔中に含有される溶媒水の単純な（および安上がりな）エバポレート乾燥に充分耐えることができるほど頑丈である（これはおそらく、大きなサイズのセルおよび細孔空間に起因する）。得られる独特の低密度オープンセル有機発泡体は、エーロゲルに関連した多くの有用な特性を有する。このようにして、新規の低密度オープンセル有機発泡体が得られ、これは比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。これらの有機エーロゲルは熱分解されて新規の低密度オープンセル炭素発泡体を形成し得、これらはまた、比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率、大きい表面積によっても特徴付けられ、そして高い静電容量によってさらに特徴付けられる。
【００３２】
発明の簡単な説明
本発明はゲル、発泡体およびエーロゲルの一般的分野に関する。より詳細には、本発明は、低密度オープンセル有機発泡体および低密度オープンセル炭素発泡体ならびにそれらの調製方法に関する。より詳細には、本発明は、従来よりも低い触媒濃度（例えば、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値、これは典型的に約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる）を使用して、ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノール）ならびにアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、グルタルアルデドおよびグリオキサール）から調製される有機ゲルから誘導される低密度オープンセル有機発泡体に関する。低密度オープンセル有機発泡体を調製する方法もまた、議論される。これらの有機発泡体は、比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。本発明の重要な局面は、新規ではない溶媒除去工程（例えば、雰囲気エバポレート水分除去（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｍｏｖａｌ））を包含する。
【００３３】
本発明はまた、このような有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体、ならびにこれらの低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する。炭素発泡体もまた、比較的大きいセルサイズ、高い空隙率、大きい表面積、および高い静電容量によって特徴付けられる。本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体、およびそれらの複合体の生成方法に関する。
【００３４】
明らかとなるように、本発明の１つの局面の好ましい特徴および特性が本発明の任意の他の局面に適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
発明の詳細な説明
Ａ．有機ゲルの調製のための方法
本発明の有機ゲルは、触媒の存在下、所定の反応パラメーター（例えば、Ｒ／ＣおよびＲ）の値によって決定される特定の反応条件下で、１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物と１つまたはそれ以上のアルデヒドとの重縮合によって、調製される。この方法において、有機ゲルが得られ、これは、相対的に大きい粒子および細孔のサイズによって特徴付けられ、そしてこれは、溶媒の水（ｓｏｌｖｅｎｔ ｗａｔｅｒ）の単純な蒸発乾燥を切り抜けて残存し、低密度オープンセル（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ）有機発泡体を得る。大きい粒子および細孔のサイズは、乾燥の間、毛細管力を最小にすることを補助し、これによって、単純な蒸発乾燥方法を使用することによって、特に水のような高表面張力溶媒から有機ゲルが乾燥され得ることが想定される。
【００３６】
従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を含む、化学的に架橋した有機ゲルの調製のための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物を加熱し、上記有機ゲルを形成する工程。
【００３７】
本明細書中で使用される、用語「ヒドロキシル化ベンゼン化合物」は、少なくとも１つのベンゼン環を含む化合物に関し、このベンゼン環は、少なくとも１つのヒドロキシル基（すなわち、−ＯＨ）を所有する。適切なヒドロキシル化ベンゼン化合物の例には、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが挙げられる。
【００３８】
【化２】
代表的には、ヒドロキシル化ベンゼン化合物は、固体として提供される。多くの例示されたヒドロキシル化ベンゼン化合物（フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが挙げられる）は、高純度で広く市販される。また、多くのヒドロキシル化ベンゼン化合物は、少量のアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）と組み合わせて、部分的に縮合した形態で、すなわち、低分子量ポリマーとして、市販される。これらの物質はまた、有用であるヒドロキシル化ベンゼン化合物であり得る。
【００３９】
用語「アルデヒド」は、本明細書中で従来の意味で使用され、そして、アルデヒド基（すなわち、−ＣＨＯ）を含む有機化合物に関する。多くのアルデヒドは、式Ｒ−ＣＨＯ（ここで、Ｒはアルデヒド置換基である）によって表され得る。適切なアルデヒドの例には、ホルムアルデヒド、グリオキサール、フルフラール、およびグルタルアルデヒドが挙げられる。
【００４０】
代表的には、アルデヒドは、液体として、純粋なアルデヒドまたは水溶液のいずれかとして提供される。例えば、ホルムアルデヒドは、３７．６重量％の水溶液として、広く市販される。
【００４１】
用語「触媒」は、本明細書中で使用されるように、ヒドロキシル化ベンゼン化合物とアルデヒドとの間の反応のための触媒として作用する化合物に関する。１実施態様において、触媒は、塩基触媒（すなわち、Ｂｒｏｎｓｔｅｄ 塩基として作用し得る）である。適切な塩基触媒の例は、炭酸ナトリウム（すなわち、Ｎａ２ＣＯ３）および炭酸カリウム（すなわち、Ｋ２ＣＯ３）のような炭酸塩を含む。１実施態様において、触媒は、酸触媒（すなわち、Ｂｒｏｎｓｔｅｄ 酸として作用し得る）である。適切な酸触媒の例は、エージング研究において使用され得るように、トリフルオロ酢酸（すなわち、ＣＦ３ＣＯＯＨ）である。
【００４２】
代表的には、触媒は、固体として、または水溶液として、提供される。例えば、高純度炭酸ナトリウムは、広く市販される。適切な水溶液は、例えば、蒸留脱イオン水に適切な量の炭酸ナトリウムを溶解することによって調製され得、所望の濃度（例えば、０．１ Ｍ 炭酸ナトリウム）を有する溶液を得る。または、トリフルオロ酢酸は、広く市販される。
【００４３】
反応パラメーターＲ／Ｃは、反応混合物におけるヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル数対触媒のモル数の比である（通常、有機ゲルの形成の前に測定される）。例えば、反応混合物が、１モルのレゾルシノールおよび０．５ミリモルの炭酸ナトリウムを使用して調製される場合、得られるＲ／Ｃ値は、１／０．０００５または２０００である。
【００４４】
本発明の有機ゲル、およびそれらから得られる低密度オープンセル有機発泡体は、約２０００より大きいＲ／Ｃ値（通常、２０００〜約２００００の範囲内にある）によって決定されるように、低触媒濃度を有する反応混合物から生成されることによって特徴付けられる。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２１００より大きい（通常、２１００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２２００より大きい（通常、２２００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２３００より大きい（通常、２３００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２４００より大きい（通常、２４００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２５００より大きい（通常、２５００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２６００より大きい（通常、２６００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２７００より大きい（通常、２７００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２８００より大きい（通常、２８００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２９００より大きい（通常、２９００〜約２００００の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、３０００より大きい（通常、３０００〜約２００００の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、３５００より大きい（通常、３５００〜約２００００の範囲内にある）。得られた反応混合物の初期室温におけるｐＨは、主に、触媒およびＲ／Ｃ値の性質によって決定される。塩基触媒において、Ｒ／Ｃの増加（例えば、塩基触媒濃度の減少）は、一般に、初期室温ｐＨにおいて減少を引き起こす。
【００４５】
別の反応パラメーター、すなわちＲは、反応混合物の全容量に対する反応混合物中のヒドロキシル化ベンゼン化合物およびアルデヒドの％固体ｗ／ｖ（重量対容量比）である（通常、有機ゲルの形成の前に測定される）。次いで、例えば、レゾルシノール／ホルムアルデヒド／炭酸ナトリウム／水反応混合物が、１２．３５ｇのレゾルシノールおよび６．７３ｇのホルムアルデヒド（例えば、１７．９１ｇの３７．６％水性ホルムアルデヒドから提供されるように）を使用して調製され、そして、得られる反応混合物が、３１．８ｍｌの容量を有する場合、Ｒ値は、（１２３５０＋６７３０）／３１．８×１００または６０％ｗ／ｖである。
【００４６】
１実施態様において、本発明の有機ゲルおよびそれらから得られる低密度オープンセル有機発泡体はまた、約２０％より大きいＲ値（通常、２０％〜約８０％の範囲内にある）を有する反応混合物から生成されることによって特徴付けされる。別の実施態様において、Ｒ値は、２５％より大きい（通常、２５％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、３０％より大きい（通常、３０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、４０％より大きい（通常、４０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、４５％より大きい（通常、４５％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、５０％より大きい（通常、５０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、６０％より大きい（通常、６０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、７０％より大きい（通常、７０％〜約８０％の範囲内にある）。
【００４７】
代表的には、反応混合物は容器内にて調製される。あるいは、成分を混合した後、得られる反応混合物は、耐熱容器に移され得る。耐熱容器の例には、ポリプロピレンおよびガラスから形成される容器が挙げられる。反応混合物の成分は、例えば、攪拌および振盪のような従来の方法を用いて混合され得る。
【００４８】
反応混合物を形成する場合において、室温（すなわち、２５℃）で放置時間、放置することが必要に応じて許容され得る。代表的には、放置時間は、約０．１時間〜約５日間である。１実施態様において、放置時間は、約０．１時間〜約２４時間である。１実施態様において、放置時間は、約０．１時間〜約２時間である。
【００４９】
次いで、反応混合物は、ゲル化温度まで加熱されゲル化反応を開始し、そして、代表的には、ゲル化時間にわたってその温度で保持され、所望の有機ゲルを形成する。ゲル化温度は、ゲル化時間、反応混合物の組成、および反応混合物の量に依存して、変化し得る。ゲル化温度は、代表的には、約２０〜約７０℃である。１実施態様において、ゲル化温度は、約４０〜約６０℃である。１実施態様において、ゲル化温度は、約５０℃である。ゲル化時間は、ゲル化温度、反応混合物の組成、および反応混合物の量に依存して、変化し得る。ゲル化時間は、代表的には、約０．１時間〜約５日間である。１実施態様において、ゲル化時間は、約０．１時間〜約２４時間である。１実施態様において、ゲル化時間は、約０．１時間〜約３時間である。反応混合物は、例えば、従来の方法を用いて加熱され得る。代表的には、反応混合物は、耐熱容器内に密閉され、そして、サーモスタット制御オーブン内に配置される。または、連続フロー装置が使用され得る。代表的には、試薬または反応混合物の処理の間、あるいはゲル化反応の間、特別の環境は必要とされない。
【００５０】
幾つかの実施態様において、得られる有機ゲルは、硬化時間にわたって、硬化温度にて、有機ゲルを加熱することによって、さらに硬化される。従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を含む硬化されたゲルを調製するための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物をゲル化温度にて、ゲル化時間にわたって加熱し、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）上記有機ゲルを硬化温度にて、硬化時間にて加熱し、上記の硬化された有機ゲルを形成する工程。
【００５１】
硬化温度は、通常、使用されるゲル化温度より高い。硬化温度は、硬化時間、有機ゲルの組成および有機ゲルの量に依存して変化し得る。硬化温度は、代表的には、約５０〜約９５℃である。１実施態様において、硬化温度は、約６０〜約９０℃である。１実施態様において、硬化温度は、約８５℃である。硬化時間は、硬化温度、有機ゲルの組成および有機ゲルの量に依存して変化し得る。硬化時間は、代表的には、約１時間〜約５日間である。１実施態様において、硬化時間は、約３〜約７２時間である。１実施態様において、硬化時間は、約６〜約４８時間である。有機ゲルは、例えば、従来の方法を用いて加熱され得る。または、連続フロー装置が使用され得る。代表的には、有機ゲルを含む耐熱容器は、サーモスタット制御オーブン内に配置される。再び、硬化の間、特別の環境は代表的には必要とされない。
【００５２】
Ｂ．低密度オープンセル有機発泡体の調製のための方法
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、特定の調合の有機ゲルの乾燥によって、調製される。本明細書中において使用されるように、用語「乾燥」は、少なくとも一部の水の除去を意味する。すなわち、有機ゲルの乾燥は、有機ゲルからの少なくとも一部の水の除去を意味する。従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を包含する低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法に関する：
（ａ） １つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ） 上記反応混合物を加熱して有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ） 上記有機ゲルから上記水の少なくとも一部を除去し、上記低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程。
【００５３】
別の１実施態様において、本発明は、以下の工程を包含する低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記アルデヒドに対する上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物をゲル化温度にて、ゲル化時間にわたって加熱し、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）上記有機ゲルを硬化温度にて、硬化時間にわたって加熱し、硬化した有機ゲルを形成する工程；および、
（ｄ）上記硬化した有機ゲルから上記水の少なくとも一部を除去し、上記低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程。
【００５４】
任意の従来の方法（例えば、超臨界蒸発、臨界未満蒸発および溶媒交換乾燥法を含む）は、細孔からの溶媒（代表的には、水）の除去に使用され得るが、本発明の方法は、水細孔流体（ｗａｔｅｒ ｐｏｒｅ ｆｌｕｉｄ）の従来の空気乾燥のより安価でかつより単純な方法の使用を許容する。従って、１実施態様において、乾燥は、高表面張力流体（例えば、有機ゲル細孔内に見いだされ得るような水）の単純蒸発乾燥によって達成される。１実施態様において、上記水の少なくとも一部を除去する上記工程は、加熱工程を包含する。１実施態様において、上記水の少なくとも一部を除去する上記工程は、水蒸発工程を包含する。
【００５５】
本発明の有機ゲルが単純な蒸発乾燥によって首尾よく乾燥され得ることは、有機ゲル、およびこうして得られる低密度オープンセル有機発泡体が特別であることを示す。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、ゲルが代表的な中間細孔寸法（高いＲ／Ｃ反応パラメーターを使用して得られる）より大きく、これらのより大きな寸法が単純蒸発乾燥を許容することが想定される。高いＲ／Ｃにおいて代表的な粒子より大きい粒子の形成が、粒子と粒子鎖との間だけではなく、粒子自身において、中間細孔の形成を許容することが可能である。高い固体含有量（高いＲ値）のさらなる組み合わせが、有機ゲルの強度を増大し得、そして単純な蒸発乾燥をさらに容易にし得ることがさらに想定される。得られる低密度オープンセル有機発泡体は、それらが誘導されたゲルの形態を大きく反映し、従って、また、代表的な中間細孔寸法より大きい寸法を有する。この方法において、有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体（以下を参照のこと）はまた、代表的な中間細孔寸法より大きい。
【００５６】
代表的には、有機ゲル、または代替的には硬化した有機ゲルは、オーブン内に配置され、そして湿潤空気雰囲気下において、乾燥温度にて、乾燥時間にわたって、乾燥される。乾燥温度は、乾燥時間、有機ゲル／硬化した有機ゲルの組成および有機ゲル／硬化した有機ゲルの量に依存して、変化し得る。乾燥温度は、代表的に、約２０〜約１５０℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約５０〜約１５０℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約６０〜約１００℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約７５℃である。代表的な乾燥圧は、約１ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ（約０．１ Ｐａ）〜約５ａｔｍ（０．５ ＭＰａ）である。１実施態様において、乾燥圧は、約１ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ（約０．１Ｐａ）〜約５ａｔｍ（約０．５ＭＰａ）である。１実施態様において、乾燥圧は、約０．５〜２．５ａｔｍ（約５０ｋＰａ〜約０．２５ＭＰａ）である。乾燥時間は、乾燥温度、有機ゲル／硬化した有機ゲルの組成および有機ゲル／硬化した有機ゲルの量に依存して、変化し得る。乾燥時間は、代表的には、約１時間〜約１０日間である。１実施態様において、乾燥時間は、約１〜約９６時間である。１実施態様において、乾燥時間は、約６〜約４８時間である。別の実施態様において、「非臨界乾燥条件」は、超臨界蒸発（例えば、ＣＯ２）または臨界未満蒸発（例えば、アセトン／ＣＯ２、アセトン／シクロヘキサン）において使用される条件ではないことが定義される。
【００５７】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、相対的に大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、および高表面積によって、特徴付けられる。代表的には、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、約２００〜約９００ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約３００〜約９００ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、約２００〜約１０００ｍ２／ｇの表面積を有する。
【００５８】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体はまた、約５ｎｍより大きい（例えば、約５〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約７ｎｍより大きい（例えば、約７〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約１０ｎｍより大きい（例えば、約１０〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約１０〜約２５ ｎｍの中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。
【００５９】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、代表的には、オレンジから深赤色まで色が変化し得、そして視覚的に不透明であり得る。約５０ｗ／ｖ％およびそれより低い固体含有量Ｒで調製されるゲルにおいて、不透明ゲルは、反応混合物のゲル化によって得られる。これらの不透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述した通り）は、本発明の低密度オープンセル発泡体を生じる。５０ｗ／ｖ％より大きい固体含有量Ｒで調製されるゲルにおいて、７日間までの延長された放置時間（代表的には、室温にて）は、不透明な反応混合物を形成するために必要とされ得る。不透明ゲルは、前述のように、ゲル化が起こるまで放置時間を継続すること、または、ゲル化が起こるまで不透明反応混合物を加熱することのいずれかによって、この不透明反応混合物から形成される。これらの不透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述した通り）は、本発明の低密度オープンセル有機発泡体を生じる。これらの低密度オープンセル有機ゲルの強度ならびにより大きな粒子および細孔サイズは、水細孔流体の単純な蒸発乾燥を容易にする。
【００６０】
あるいは、５０ｗ／ｖ％より大きい固体含有量Ｒで調製されるこれらのゲルにおいて、透明なゲルは、反応混合物が不透明になるポイントより前に、透明な反応混合物を加熱することによって得られる。それらの透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述の通り）は、透明な低密度オープンセル有機発泡体を生じる。粒子および細孔のサイズは約１００ｎｍを越えないが、これらの低密度オープンセル有機ゲルのゲル強度、ならびに幾分大きい粒子および細孔のサイズ（高いＲ／Ｃ値に起因する）が、水細孔流体の単純な蒸発乾燥を可能にすることが想定される。
【００６１】
結論として、１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は不透明である。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は透明である。入射可視光の実質的な部分が、発泡体を介して伝達され、そして容易に検出され得る（例えば、半透明のおよび半透明の有機発泡体においてのように）場合、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、透明であると考慮される。上で議論されるように、低密度オープンセル有機発泡体の透明度または不透明度は、発泡体の形態的構造の寸法（例えば、粒子のサイズおよび間隔、細孔のサイズおよび間隔）から生じる。
【００６２】
Ｃ． 低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法
本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体に関係し、これは非反応性または不活性雰囲気下、上記で記載されるような低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により調製される。従って、１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 上述の反応混合物を加熱して有機ゲルを形成する工程；
（ｃ） 上述の有機ゲルから上述の水の少なくとも１部を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体を高温で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程。
【００６３】
別の１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 上述の反応混合物をゲル化する温度でゲル化する時間の間加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ） 上述の有機ゲルを硬化（ｃｕｒｉｎｇ）する温度で硬化（ｃｕｒｉｎｇ）する時間の間加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ） 上述の硬化した有機ゲルから上述の水の少なくとも１部を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体を熱分解する温度で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程。
【００６４】
低密度オープンセル炭素発泡体を形成するための低密度オープンセル有機発泡体の熱分解は、従来の手段を使用して行われ得る。代表的には、低密度オープンセル有機発泡体はサーモスタットを付けられたオーブンに置かれ、そして適合した雰囲気下熱分解する時間の間熱分解する温度に加熱される。代表的には、オーブンの温度は熱分解する温度まで段階的に傾斜が付けられ、そして熱分解する時間の間そこに保持される。熱分解する温度は、熱分解する時間、低密度オープンセル有機発泡体の組成、および低密度オープンセル有機発泡体の量に従って変化し得る。熱分解する温度は代表的に、約６００〜３０００℃である。１つの実施態様において、熱分解する温度は約８００〜約１１５０℃である。１つの実施態様において、熱分解する温度は約１０５０℃である。熱分解する時間は、熱分解する温度、低密度オープンセル有機発泡体の組成、および低密度オープンセル有機発泡体の量に従って変化し得る。熱分解する時間は代表的に、約１〜約６時間である。１つの実施態様において、熱分解する時間は約２〜約５時間である。１つの実施態様において、熱分解する時間は約４時間である。
【００６５】
本明細書中で使用されるように、用語「適合した雰囲気」は、低密度オープンセル炭素発泡体を形成するための、低密度オープンセル有機発泡体の高温での熱分解を可能にする任意の雰囲気に関する。通常、適合した雰囲気は非酸化的である。適合した雰囲気は、比較的不活性であり、例えば乾燥窒素であり得る（高純度超乾燥窒素をしばしば必要としないこと、および標準グレードの乾燥窒素で通常十分であることが注記される）。あるいは、適合した雰囲気は還元的雰囲気、例えば水素であり得る。オープンセル有機発泡体の熱分解と同時に、またはそれに続いて、付加または置換ガスまたは蒸気が、オープンセル炭素発泡体を誘導するかまたは「活性化」するために導入され得る。そのような材料の例は、蒸気、空気、および二酸化炭素を含む。熱分解に続いて、オープンセル発泡体は、例えば硝酸のような酸化酸を使用して化学的成分により誘導または「活性化」され得る。
【００６６】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、相対的に大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、高表面積、および高静電容量により特徴づけられる。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約２００〜約１２００ ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は約３００〜約９００ ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約２００〜約８００ ｍ２／ｇの表面積を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０〜約８０ Ｆ／ｇの静電容量を有する。
【００６７】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体はまた、約５ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約５〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約７ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約７〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約１０〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０〜約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴づけられる。
【００６８】
どのような特定の理論に結びつけられることも望まないが、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体について観測される実質的な静電容量は、代表的な中間細孔サイズ分布をより大きく反映し、そして改変された中間細孔サイズ分布はエネルギー貯蔵特性のもとである電気的二重層の形成を向上することが、仮定される。再び、より大きい代表的粒子の形成（高Ｒ／Ｃにおいて）が粒子自身内での中間細孔の形成を可能にし得、従って中間細孔分布を増加することが仮定される。
【００６９】
Ｄ． 低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体の調製方法
本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体に関し、これらは低密度オープンセル有機発泡体複合体の高温熱分解により調製され、これは上記で記載されるように適した基質および有機ゲルから調製される。従って、１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 多孔性炭素基質または多孔性有機基質を上述の反応混合物に含浸して、含浸炭素または多孔性有機基質を形成する工程；
（ｃ） 上述の含浸多孔性基質を、ゲル化する温度でゲル化する時間の間加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ） 上述の有機ゲル／多孔性基質複合体を、硬化する温度で硬化する時間の間加熱して、硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ） 上述の硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から少なくとも１部の上述の水を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を、熱分解する温度で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程。
【００７０】
本明細書中で使用されるように、用語「多孔性炭素基質」および「多孔性有機基質」は、それぞれ炭素および有機材料を含む多孔性材料に関し、そしてそれらは、含浸されるか、浸漬されるか、濡らされるか、またはそれ以外で反応混合物と合わせられ得る。炭素および有機基質は、任意の形状または構成にあるものであり得、例えば、ブロック、シート、スレッドまたはフィラメント、あるいは管からなる群より選択される形態を含み、例えば、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体、および織物からなる、またはそれらを含む群からなる群より選択される形態を含み、それらはさらに、金属繊維、金属粉末などのような他の成分を含み得る。１つの実施態様において、炭素基質は、Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標）６１００−０５０（これはＬｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹから市販されている）のような炭素繊維紙である。本発明のゲル、乾燥発泡体、および熱分解生成物は、選択された基質の形態をとり得る。
【００７１】
生成する低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体は、特にエネルギー貯蔵のためのまたは容量性脱イオン化のための二重層コンデンサーにおける電極として有用である（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ｂを参照のこと）。
【実施例】
【００７２】
Ｅ． 実施例
いくつかの本発明の実施態様が以下の実施例において記載される。これらは例示のために提供され、そして制限のためではない。
【００７３】
材料
レゾルシノール（純度９８％）は、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手し、そして受け取ったままに使用した。ホルムアルデヒドは、Ｊ． Ｔ． Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから、水性溶液（３７．６％、メタノール安定化）として入手した。炭酸水素ナトリウムは、Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ， Ｉｎｃ．から入手し、そして０．１Ｍの水性溶液を調製した。水は使用前に脱イオン化した。
【００７４】
特徴付けの方法
密度． 密度は、測定された多孔性固体の重量および幾何学的に測定された体積から計算された。
【００７５】
表面積および細孔分布． 表面積および細孔サイズ分布は、 ＢＥＴ多点Ｎ２ガス吸着法（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ（登録商標） ＡＳＡＰ ２０００）を使用して得た。有機サンプルは測定の前に２４時間室温で脱気され、一方炭素サンプルは測定前に約１２時間２００℃で脱気された。表面積は、代表的にｍ２／ｇの単位で報告される。細孔サイズ分布は、代表的に脱着ブランチから測定され、そして代表的にナノメートルの単位で報告される。中間細孔サイズ分布は中間細孔、すなわち、約２〜約５０ｎｍの寸法を持つ細孔の分布を反映する。
【００７６】
静電容量測定． 静電容量研究は、６４−チャンネルＭａｃｃｏｒ（登録商標）バッテリー試験器を使用して行われた。実験は、円形（４．５ｃｍ−直径）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）セルを使用して行われた。２本の同一の１．５ｃｍ−直径の炭素複合電極を２ピースのＷｈａｔｍａｎ（登録商標）ファイバーガラスフィルター紙（９３４−ＡＨ）により分離した。ニッケル箔を集電体として使用し、そして電解質は５ＭのＫＯＨであった。アセンブリ全体を２枚のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）板の間に挟み、そして０．６ｃｍ−直径のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ねじで一緒に留めた。電解質の充填は、ほぼ１時間での３回の連続した排気（２ｐｓｉ；約１４ｋＰａ）および加圧（２４．５ｐｓｉ；１７０ｋＰａ）段階によりなし遂げられた。組立および試験は周囲条件下で行われた。静電容量は、１Ｖの操作電圧に対して一定の電流で完全に充電されたセルの放電容量（Ｃ＝Ｑ／Ｖ）から測定した。２本の炭素電極の乾燥重量の合計を、静電容量密度の計算に使用した。
【００７７】
実施例１
モノリシック空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル有機発泡体Ｒ ４０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
１２．３５ｇのレゾルシノール（０．１１２ｍｏｌ）、１７．９１ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（６．６３ｇ、０．２２０ｍｏｌ）、および２０．３２ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、０．５６ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．０５６ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた（開始ｐＨ＝５．６）。最終的な容積は４７．０ｍＬであると測定された。得られる溶液を、ポリプロピレン容器中に注ぎ、そしてしっかりと密閉した。容器を、ゲル化のために直接５０℃のオーブン中に置いた。反応混合物は、５０℃で１〜２時間のうちにゲル化し、そして不透明になった。５０℃で１２時間後、次いで温度を８５℃に上げ、そして７２時間保持してゲルを硬化した。室温まで冷却した後、ゲルを加湿大気中６時間８５℃でエバポレートすることにより乾燥し、続いて周囲大気下１２時間５０℃で乾燥した。得られる低密度オープンセル発泡体の密度は、０．４３ｇ／ｃｍ３であると測定された。
【００７８】
実施例２
モノリシック空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル有機発泡体Ｒ ５０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
１２．３５ｇのレゾルシノール（０．１１２ｍｏｌ）、１７．９１ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（６．６３ｇ、０．２２０ｍｏｌ）、および１０．７６ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、０．５６ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．０５６ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた（開始ｐＨ＝５．６）。最終的な容積は３８．０ｍＬであると測定された。得られる溶液を、２個のポリプロピレン容器中に等しく注ぎ、そしてしっかりと密閉した（ゲルＡおよびＢ）。次いで、ゲルＡを室温に１２時間放置し、次いで５０℃のオーブン中に１２時間置いてゲル化した。ゲルＢは直接５０℃のオーブン中に１２時間置いてゲル化した。両方の場合において、ＲＦゲルは５０℃でゲル化しながら不透明になった。次いで温度を８５度に上げ、そして２４時間維持してゲルを硬化した。室温まで冷却した後、両方のゲルを空気中室温で数日間ゆっくりとエバポレートすることにより乾燥した。乾燥ゲルＡの密度は０．６５ｇ／ｃｍ３であると測定され、そして乾燥ゲルＢの密度は０．６４ｇ／ｃｍ３であると測定された。ゲルＡのＢＥＴ表面積は５８４ｍ２／ｇであると測定された。平均中間細孔直径は１３ｎｍであると測定された。
【００７９】
実施例３
空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体−Ｒ ５０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
２４．７ｇのレゾルシノール（０．２２４ｍｏｌ）、３５．８２ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（１３．２５ｇ、０．４４１ｍｏｌ）、および２２．６４ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、１．１２ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．１１２ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた。最終的な容積は７５．９ｍＬであると測定された。溶液を５０℃で３０分間加温した。次いで、軽量炭素繊維紙（Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標） ６１００−０５０；Ｌｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹ）をこの溶液に含浸した。含浸した紙を２枚のガラス板の間に置き、プラスチックのうわ包装で密閉し、そして室温で１５時間放置してゲル化した。次いで、ＲＦ含浸紙を８５℃のオーブン中に２４時間にわたり置いて硬化した。冷却後、次いでプラスチックのうわ包装およびガラス板を取り外した。ＲＦ複合体を、加湿水平フローオーブン中に置き、そして約７５℃で１２時間乾燥した。ＲＦ複合体は、斑入りの明るい茶色の外観と滑らかで光沢のある表面を持つ、薄い不透明なシートであった（約１０ｍｉｌ、約０．２５ｍｍの厚さ）。それは、約０．６ｍｇ／ｃｍ３の密度および４０８ｍ２／ｇの表面積を有した。
【００８０】
不活性雰囲気（Ｎ２）下１０５０℃でのＲＦ複合体の熱分解は、ＲＦ複合体に匹敵する寸法を持つ黒色の炭化シートを生じた。この材料は、０．４１３ｍｇ／ｃｍ３の密度および４９７ｍ２／ｇの表面積を有した。この材料は、１７ｎｍの中間細孔についての細孔サイズ分布を有した。この材料が水性塩基（５ＭのＫＯＨ）のスーパーコンデンサー（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）中電極として使用された場合、約１７．８ Ｆ／ｇの比静電容量が測定された。
【００８１】
実施例４
空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体−Ｒ ６０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
２４．７ｇのレゾルシノール（０．２２４ｍｏｌ）、３８．０ｇの３４．８％水性ホルムアルデヒド（１３．２２ｇ、０．４４０ｍｏｌ）、および７．８６ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、１．１２ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．１１２ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた。最終的な容積は６３．２ｍＬであると測定された。次いで、軽量炭素繊維紙（Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標） ６１００−０５０；Ｌｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹ）をこの溶液に含浸した。含浸した紙を２枚のガラス板の間に置き、プラスチックのうわ包装で密閉し、そして５０℃のオーブン中に２日間置いてゲル化した。次いで、ＲＦ含浸紙を８５℃のオーブン中に１８時間にわたり置いて硬化した。冷却後、次いでプラスチックのうわ包装およびガラス板を取り外した。ＲＦ複合体を、加湿水平フローオーブン中に置き、そして約７５℃で１２時間乾燥した。ＲＦ複合体は、非常に暗い赤茶色の外観と平坦な表面の仕上がりを持つ、薄いシートであった（約１０ｍｉｌ、約０．２５ｍｍの厚さ）。それは、約０．８ｍｇ／ｃｍ３の密度および５０６ｍ２／ｇの表面積を有した。
【００８２】
不活性雰囲気（Ｎ２）下１０５０℃でのＲＦ複合体の熱分解は、ＲＦ複合体に匹敵する寸法を持つ黒色の炭化シートを生じた。この材料は、約０．４７１ｍｇ／ｃｍ３の密度および４０８ｍ２／ｇの表面積を有した。この材料は、５ｎｍの中間細孔についての細孔サイズ分布を有した。この材料が水性塩基（５ＭのＫＯＨ）のスーパーコンデンサー（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）中電極として使用された場合、約１９．１ Ｆ／ｇの比静電容量が測定された。
【００８３】
実施例３および４で得られた低密度オープンセル炭素発泡体についてのデータを以下の表１に要約する。観測された静電容量（約１５〜２０Ｆ／ｇ）は、従来のＲＦゲルの超臨界または溶媒交換乾燥により得られる従来のＲＦエーロゲルから誘導される従来の炭素エーロゲルについて観測される値に匹敵する。観測された密度（約４００〜５００ｍｇ／ｃｍ３）は、従来の炭素エーロゲルに匹敵する密度を示する。本発明の低密度オープンセル炭素発泡体についての中間細孔サイズ分布（約５〜２０ｎｍ）は、従来の炭素エーロゲルについて観測された値（高固体含有（例えば、５０％ｗ／ｖ以上）エーロゲルから調製されて、≦５ｎｍ）よりも著しく高い（例えば、Ｔｒａｎら、１９９６を参照のこと）。
【００８４】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、従来の炭素エーロゲルと比較して、より大きい細孔へ移行した中間細孔サイズ分布を持つ。このより大きな細孔サイズへの移行は、電気化学的二重層を確立するために重要であり得る。移行はまた、有機電解質システム（これはより良い静電容量特性を有する）を使用する場合に、従来の炭素エーロゲルに勝る重要な利点を提供する。有機電解質システムは代表的に、比較的大きい電解質カチオンおよび／またはアニオンを有し、これは従来の炭素エーロゲルのより小さな細孔中にはまり得ず、それらの最終的な性能を減少させる。本発明の低密度オープンセル炭素発泡体におけるように、細孔サイズを増加させることは、より多くの電気化学的二重層を形成させ、従って有機電解質システムの性能を改善する。
【００８５】
【表１】
Ｆ． 参考
以下に参考として上げられる出版物、特許、および公開特許の明細書の開示は、本発明が関係する分野の状態をより完全に記載するために、本明細書により本開示中に参考として援用される。
【００８６】
【表２−１】
【００８７】
【表２−２】
【００８８】
【表２−３】
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、以下の方法等が提供される。
【００９０】
１．有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１から３のいずれか１項に記載の方法。
５．項目１から４のいずれか１項に記載の方法により形成される有機ゲル。
６．硬化した有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、該硬化した有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
８．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
９．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目６から８のいずれか１項に記載の方法。
１０．項目６から９のいずれか１項に記載の方法により形成される硬化された有機ゲル。
１１．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
１２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
１５．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
１６．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７．項目１１から１６のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
１８．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
１９．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２０．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から１９のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２１．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から２０のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２２．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目１７から２１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２３．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；および
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
２４．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２５．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２６．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目２３から２５のいずれか１項に記載の方法。
２７．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目２３から２６のいずれか１項に記載の方法。
２８．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目２３から２７のいずれか１項に記載の方法。
２９．項目２３から２８のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
３０．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３２．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３３．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３４．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目２９から３３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ）高温で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
３６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目３５から３７のいずれか１項に記載の方法。
３９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目３５から３８のいずれか１項に記載の方法。
４０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程包含する、項目３５から３９のいずれか１項に記載の方法。
４１．項目３５から４０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
４２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目４１から４３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
４６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目４５から４７のいずれか１項に記載の方法。
４９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目４５から４８のいずれか１項に記載の方法。
５０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目４５から４９のいずれか１項に記載の方法。
５１．項目４５から５０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
５２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目５１から５３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５５．低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）多孔性炭素基質または多孔性有機基質を該反応混合物とともに含浸して、含浸した多孔性基質を形成する工程；
（ｃ）ゲル化時間の間ゲル化温度まで該含浸した多孔性基質を加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ）硬化時間の間硬化温度まで該有機ゲル／多孔性基質複合体を加熱して、該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ）該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から（ｆｏｒｍ）少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程、
を含む、方法。
５６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目５５から５７のいずれか１項に記載の方法。
５９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目５５から５８のいずれか１項に記載の方法。
６０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目５５から５９のいずれか１項に記載の方法。
６１．前記基質が、ブロック、シート、スレッド、フィラメント、チューブ、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体および織物からなる群から選択される形状を有する、項目５５から６０のいずれか１項に記載の方法。
６２．項目５５から６１のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体。
６３．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６４．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６５．前記発泡体が有機ゲルからの少なくとも水の部分的エバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目６３または項目６４に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６６．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目６３から６５のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６７．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６６のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６８．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６７のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６９．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目６３から６８のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
７０．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７２．前記低密度オープンセル炭素発泡体が低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により形成され、該低密度オープンセル有機発泡体が有機ゲルの少なくとも水の一部のエバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目７０または項目７１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７３．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目７０から７２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目７０から７３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
【００９１】
本発明の別の好ましい実施形態においては、以下の方法等が提供される。
【００９２】
１．有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１から３のいずれか１項に記載の方法。
５．項目１から４のいずれか１項に記載の方法により形成される有機ゲル。
６．硬化した有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、該硬化した有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
８．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
９．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目６から８のいずれか１項に記載の方法。
１０．項目６から９のいずれか１項に記載の方法により形成される硬化された有機ゲル。
１１．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
１２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
１５．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
１６．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７．項目１１から１６のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
１８．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
１９．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２０．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から１９のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２１．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から２０のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２２．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目１７から２１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２３．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；および
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
２４．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２５．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２６．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目２３から２５のいずれか１項に記載の方法。
２７．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目２３から２６のいずれか１項に記載の方法。
２８．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目２３から２７のいずれか１項に記載の方法。
２９．項目２３から２８のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
３０．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３２．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３３．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３４．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目２９から３３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ）高温で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
３６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目３５から３７のいずれか１項に記載の方法。
３９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目３５から３８のいずれか１項に記載の方法。
４０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程包含する、項目３５から３９のいずれか１項に記載の方法。
４１．項目３５から４０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
４２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目４１から４３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
４６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目４５から４７のいずれか１項に記載の方法。
４９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目４５から４８のいずれか１項に記載の方法。
５０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目４５から４９のいずれか１項に記載の方法。
５１．項目４５から５０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
５２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目５１から５３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５５．低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）多孔性炭素基質または多孔性有機基質を該反応混合物とともに含浸して、含浸した多孔性基質を形成する工程；
（ｃ）ゲル化時間の間ゲル化温度まで該含浸した多孔性基質を加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ）硬化時間の間硬化温度まで該有機ゲル／多孔性基質複合体を加熱して、該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ）該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から（ｆｏｒｍ）少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程、
を含む、方法。
５６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目５５から５７のいずれか１項に記載の方法。
５９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目５５から５８のいずれか１項に記載の方法。
６０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目５５から５９のいずれか１項に記載の方法。
６１．前記基質が、ブロック、シート、スレッド、フィラメント、チューブ、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体および織物からなる群から選択される形状を有する、項目５５から６０のいずれか１項に記載の方法。
６２．項目５５から６１のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体。
６３．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６４．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６５．前記発泡体が有機ゲルからの少なくとも水の部分的エバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目６３または項目６４に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６６．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目６３から６５のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６７．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６６のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６８．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６７のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６９．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目６３から６８のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
７０．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７２．前記低密度オープンセル炭素発泡体が低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により形成され、該低密度オープンセル有機発泡体が有機ゲルの少なくとも水の一部のエバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目７０または項目７１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７３．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目７０から７２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目７０から７３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ゲル、発泡体およびエーロゲルの一般的な分野に関する。より詳細には、本発明は、低密度オープンセル（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ）有機発泡体および低密度オープンセル炭素発泡体ならびにこれらの調製方法に関する。より詳細には、本発明は、従来の触媒濃度（例えば、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値であって、これは、典型的に、約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる）よりも低い触媒濃度を使用して、ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノール）ならびにアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、グルタルアルデドおよびグリオキサール）から調製される有機ゲルから誘導される低密度オープンセル有機発泡体、ならびにこれらの調製方法に関する。これらの有機発泡体は、比較的大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。本発明はまた、このような有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体、ならびにこれらの調製方法に関する。これらの炭素発泡体はまた、比較的大きいセルサイズ、高い空隙率、大きい表面積、および高い静電容量によって特徴付けられる。本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体、およびそれらの調製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
本出願を通して、種々の刊行物、特許および発行された特許出願が、引用を同定することによって参照される；これらの文書についての十分な引用は、請求の範囲のすぐ前の本明細書の最後に見出され得る。本出願において参照される刊行物、特許および発行された特許明細書の開示は、本開示に参考としてここに援用され、本発明が属する分野の状況をより十分に記載する。
【０００３】
ゲルは、液体に及ぶ連続的な３次元網目構造（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）から生じる固体様の挙動を示す独特なクラスの物質である。この網目構造は多機能性連結を介して相互接続された分子からなる。これらの連結は、例えば、共有架橋、結晶化、イオン相互作用、水素結合、または鎖のもつれ合いから形成され得る。いくつかの場合において、連結形成は可逆性であり、そしてゲルは温度変化の際に液体様の挙動に復帰する。
【０００４】
ゲルは種々の用途のために合成されてきた。例えば、ゲルはタンパク質混合物の電気泳動において、クロマトグラフィーパッキング材料として、およびコンタクトレンズ材料として使用されてきた。ゲルはまた、他の生成物を生成するために、中間体として使用されてきた。例えば、ゲルは高モジュール繊維、メンブレン、金属酸化物セラミックおよび低密度物質の製造において使用されてきた（これらはしばしば、発泡体、エーロゲルおよびキセロゲルと称される）。
【０００５】
発泡体、エーロゲルおよびキセロゲルの命名法は、しばしば、任意で、わかりにくく、および一貫していない。これらの用語は、一般に、多孔性、低重量、相対的に低密度の物質に関する。
【０００６】
一般的に、用語「発泡体」は、しばしば、物質（この物質とは、液体または固体であり得る）中の気泡の分散体として慣用的におよび単純に特徴付けられ得る低密度多孔性物質をいうために称される。発泡体は、種々の用途において広範な利用性を見出す。例えば、有機ポリマーから形成される発泡体は、断熱材、建設、濾過および関連産業における使用を見出す。
【０００７】
発泡体はしばしば、閉鎖型セル発泡体またはオープンセル発泡体として慣用的に分類される。閉鎖型セル発泡体は、主に、そこに取り込まれた気体が容易には抜け出せ得ない密閉された細孔容量を有することにより特徴付けられる。閉鎖型セル発泡体の一般例はポリスチレンである。対照的に、オープンセル発泡体は、主に、密閉されていない、そしてしばしば、相互接続している、そしてそこから取り込まれた気体が抜け出し得、また、再び進入し得る、細孔容量を有することにより特徴付けられる。
【０００８】
種々のクラスのオープンセル発泡体が、いくらか、任意に同定されてきた。用語「エーロゲル」は、相互接続したコロイド様の粒子または繊維状鎖から成る透明な、低密度の、大きい表面積の多孔性固体により特徴付けられる１つのクラスのオープンセル発泡体を同定するために、しばしば使用される。これらの物質は、約１００ｎｍ未満の寸法を有する形態学的な構造（例えば、粒子サイズおよび間隔、孔サイズおよび間隔）によって特徴付けられる。結果として、これらの物質は視覚的に透明である。
【０００９】
エーロゲルはまた、その多孔性の性質により特徴付けられる（例えば、細孔サイズ分布）：典型的には、これらは、ミクロ孔、中間細孔およびマクロ孔を有する。ミクロ孔は、一般的に、約２ｎｍ未満の寸法を有する細孔を含む；これらは、しばしば、個々の粒子内または粒子間に孔である。一般に、中間細孔は約２〜約５０ｎｍの寸法を有する孔である；しばしば、これらは粒子または粒子の鎖の間の間隔に関連する。エーロゲルにおいて、一般に、マクロ孔は約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの寸法を有する孔である。エーロゲルの大きい表面積（例えば、３００〜１０００ｍ２／ｇ）は多孔性ナノ構造のためである。
【００１０】
用語「キセロゲル」は、多くの点でエーロゲルに類似する（例えば、低重量、多孔性、大きい表面積および透明）が、特に、エーロゲルよりも著しく高密度である、別のクラスのオープンセル発泡体を同定するために、しばしば、使用される。この方法において、しばしば、キセロゲルは緻密化したバージョンのエーロゲルとして記載される；すなわち、ここでこの物質は収縮して、粒子および粒子の鎖が互いにより近接するようになる。それゆえ、キセロゲルは、しばしば、粒子の圧密ならびに粒子および粒子の鎖の間の間隙の除去によるマクロおよび中間細孔の数の減少により特徴付けられる。キセロゲルについて観察される表面積（しばしば、５００ｍ２／ｇほどの大きさである）は、主に、個々の粒子内および粒子間の多数のミクロ孔の結果である。
【００１１】
別のクラスのオープンセル発泡体（しばしば、単に「発泡体」として称される）は、不透明であること、および低密度および比較的大きい表面積を有することにより特徴付けられる多孔性固体である。これらの物質は、一般に１００ｎｍより大きい寸法を有する、いくつかの形態学的な構造（例えば、粒子サイズおよび間隔、孔サイズおよび間隔）により特徴付けられる。結果として、これらの物質は視覚的に不透明である。
【００１２】
重要なクラスの有機発泡体は、アルデヒドを用いる、置換（例えば、ヒドロキシル化、しばしば、ポリヒドロキシル化）芳香族化合物の重縮合により形成されるゲルから誘導され得る。他の化学的に結合したゲルのように、得られた有機ゲルの小さいセル／孔サイズ（典型的には約５０ｎｍ未満）は、有機エーロゲルを生じるために、複雑で、集約的で、そして高価な乾燥方法を必要とする。簡単なエバポレーションによって溶媒が除去される場合、液−気界面での大きな毛細管力が、ゲルを収縮または亀裂を生じさせて、実質的に緻密化かつ所望でない生成物を生じる。
【００１３】
この制限を克服するために、乾燥を行うための新規の方法が開発されてきた。細孔液体の超臨界抽出法（例えば、エバポレーションによる）を使用することによって、明らかにセル／細孔に及ぶ表面張力はなくなり、そして乾燥したエーロゲルは出発ゲルの元々の形態の大部分を保つ。例えば、Ｐｅｋａｌａ，１９８９ａ（非特許文献１）を参照のこと。このようにして、水含有ゲルの細孔中の水はアセトンと交換されてアセトン含有ゲルを形成する；次いで、アセトン含有ゲル中のアセトンは液状二酸化炭素と交換され、これは次いで、超臨界条件下（例えば、ＣＯ２臨界温度＝３１℃、臨界圧＝７．４ｍＰａ）で除去されて乾燥有機エーロゲルを生成する。あるいは、特定の有機ゲルは、しばしば、例えば、溶媒交換によって乾燥され得る。例えば、Ｍａｙｅｒら、１９９５ａ（特許文献１）を参照のこと。この方法において、水含有ゲルの細孔中の水はアセトンと交換されてアセトン含有ゲルを形成する；次いで、アセトン含有ゲル中のアセトンはシクロヘキサンと交換される；次いで、シクロヘキサン含有ゲルの孔中のシクロヘキサンは簡単なエバポレーションによって除去されて乾燥有機エーロゲルを生成する。
【００１４】
重要なクラスの有機ゲル（これはエーロゲルおよびキセロゲルを生成することに努力の焦点があった）は、ヒドロキシル化ベンゼン−アルデヒドゲルである；すなわち、アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、グリオキサール、グルタルアルデヒドおよびフルフラール）を用いる、フェノール、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールのようなヒドロキシル化ベンゼン化合物の重縮合により得られるゲル。特に、一般例はレゾルシノール−ホルムアルデヒド（すなわち、ＲＦ）ゲルである。例えば、Ｐｅｋａｌａ、１９８９ａ、１９８９ｂ、１９９１および１９９２（非特許文献１、特許文献２〜４）を参照のこと。
【００１５】
レゾルシノール（これは１，３−ジヒドロキシベンゼン（すなわち、Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）２）としてもまた、称される）は、フェノール（すなわち、Ｃ６Ｈ５ＯＨ）の典型的な反応のほとんどを、しかし、２−，４−，および６−環位での増強された電子密度のためにかなり速い速度で受ける。フェノールに類似するレゾルシノールは、アルカリ条件下でホルムアルデヒド（すなわち、ＣＨ２Ｏ）と反応して付加型および縮重型生成物の混合物を形成することが公知である。原則的な反応は以下を含む：（１）レゾルシノールのヒドロキシメチル（−ＣＨ２ＯＨ）誘導体の形成、および（２） 化合物と架橋したメチレン（−ＣＨ２−）およびメチレンエーテル（−ＣＨ２ＯＣＨ２−）を形成するための、ヒドロキシルメチル誘導体の縮合。
【００１６】
レゾルシノール−ホルムアルデヒドポリマー（いわゆるＲＦポリマー）は、レゾルシノールモノマーがメチレンおよびメチレンエーテル架橋によって結合されて化学的に架橋したネットワークを形成する場合に形成され得る。
【００１７】
簡単な例を以下に図示する。
【００１８】
【化１】
レゾルシノール−ホルムアルデヒド反応（しばしば、ＲＦ反応として称される）は、通常、水溶液中で行われる。レゾルシノール（白色固体）は、通常、ホルムアルデヒド水溶液（３７．６重量％の水性ホルムアルデヒドが広く市販されている）に溶解されて、そして適切な触媒（例えば、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３））が、しばしば、希釈水溶液として添加される。いくつかの場合、酸触媒（例えば、トリフルオロ酢酸）が使用される。この溶液は穏やかに加温されてゲル化反応を開始し、そして化学的に架橋したＲＦゲルを形成する。ゲルが適切に処方される場合、しばしば、ゲルを乾燥させてＲＦエーロゲルを得ることが可能であるが、超臨界抽出、臨界未満のエバポレーションおよび溶媒交換法のような、複雑で、集約的で、そして高価な方法を使用することによってのみ可能である。
【００１９】
炭素発泡体、およびより詳細には約１００ｍｇ／ｃｍ３未満の密度および約２５ミクロン未満のセルサイズを有する炭素発泡体は、不活性雰囲気（例えば、Ｎ２またはアルゴン）下での有機ポリマーエーロゲルの熱分解を含む、種々の方法を使用して調製されてきた。例えば、Ｋｏｎｇ、１９９１ａ、１９９１ｂおよび１９９３（特許文献５〜７）を参照のこと。主に、高い電気伝導度のために、炭素発泡体はエネルギー保存デバイス（例えば、コンデンサーおよびバッテリー）、燃料電池および静電容量脱イオンデバイスのような電極適用に広範な用途を見出されている。例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ａ（特許文献８）；Ｍａｙｅｒら、１９９４、１９９５ｂ、１９９５ｃ、１９９６、１９９７（特許文献９〜１３）；Ｋａｓｈｍｉｔｔｅｒら、１９９３，１９９６（非特許文献１４〜１５）；およびＢｏｃｋら，１９９６（非特許文献２）を参照のこと。炭素発泡体はまた、濾過媒体、触媒支持体および構造的媒体を含む種々の他の適用において用途を見出されている。
【００２０】
同様に、いったん得られた乾燥ＲＦエーロゲルは、しばしば、不活性雰囲気（例えば、Ｎ２またはアルゴン）下での熱分解によって炭素エーロゲルへと変換され得る。このような炭素エーロゲルは、電気的に伝導性であり、そして特に、エネルギー保存のための、または容量性脱イオンのため（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ｂ（非特許文献３）を参照のこと）の２層コンデンサー中の電極として有用である。静電容量適用において有用である炭素エーロゲルは、典型的には相互接続した炭素粒子からなる多孔性炭素マトリクスを有し、そして粒子内および粒子間に見出される多数のミクロ細孔および中間細孔によって主に特徴付けられる。
【００２１】
炭素エーロゲルはＲＦ有機エーロゲル（熱分解を介して）から誘導されるので、ＲＦエーロゲルの構造が炭素エーロゲルの特性に影響を与えることが予想される。原則的に、炭素エーロゲルの粒子サイズおよび細孔構造は、ＲＦエーロゲルの微細構造を模倣する。
【００２２】
ＲＦエーロゲルの形態に影響を与える重要なパラメーターは、反応パラメーター「Ｒ／Ｃ」の値であり（これは以下により詳細に議論される）、この値は［レゾルシノールまたはその機能的等価物］のモル濃度を［触媒］のモル濃度で割ったものである。高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約５０）で、非常に小さいＲＦ粒子（例えば、約９ｎｍ）が形成される一方、低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約９００）で、大きいＲＦ粒子が（例えば、約６５ｎｍ）が形成される。また、高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約５０）で、大きい表面積（例えば、約９００ｍ２／ｇ）が見出される一方、低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ 約３００）で、より小さい表面積（例えば、約３９０ｍ２／ｇ）が見出される。高い触媒濃度で見出される大きい表面積は、多数の非常に小さい粒子の形成により説明され得る。より高い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ＜３００〜４００）で、ＲＦゲルは透明かつ均一であり、そして色が暗赤色であるが、可視光に対してなお透明である乾燥ＲＦエーロゲルを生じる。より低い触媒濃度（例えば、Ｒ／Ｃ＞３００〜４００）で、有機ゲルは、典型的には不透明であり、そして可視光に対して透明ではない乾燥有機エーロゲルを生じる（これは可視光を散乱する大きな粒子および細孔空間の形成に起因する）。これらは透明ではないので、後者の物質は約１００ｎｍより大きな粒子および／または細孔部位を有さねばならず、そして、しばしば結果として、もはやエーロゲルであるとみなされない。
【００２３】
低触媒濃度（高Ｒ／Ｃ）で調製されたＲＦエーロゲルについて、炭素エーロゲルの表面積は、得られたＲＦエーロゲルの表面積よりも大きいことが観察されている（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９８２（非特許文献４）を参照のこと）。この表面積における増加は粒子サイズにおける減少および熱分解の間に揮発性副産物が放出される場合のさらなる細孔の形成に起因することが示唆されている。この傾向は、高触媒濃度（低Ｒ／Ｃ）で調製されたＲＦエーロゲルについては逆転される。なぜならば、すでに粒子は非常に小さいので代わりに乾留の間に縮合（これは表面積の損失を導く）される傾向があるからである。
【００２４】
中間細孔領域（２〜５０ｎｍ）における粒子の表面のみが、炭素エーロゲルのエネルギー保存特性の増加を与える電気的二重層の形成の原因であることが示唆されている（例えば、Ｍａｙｅｒら、１９９３（非特許文献５）を参照のこと）。この方法において、ほとんどまたは全く中間細孔を有さない物質（例えばキセロゲル）は非常に低い静電容量を有するが、一方で多数の数の中間細孔を有する物質は、しばしば、大きな静電容量を有する。約４０％ｗ／ｖ以上の固体含量を有するＲＦエーロゲルから誘導（熱分解を介して）された炭素エーロゲルは、７ｎｍ以下の中間細孔分布を有する（Ｔｒａｎら、１９９６（非特許文献６））。ＲＦ誘導炭素エーロゲルの静電容量は５００ｍｇ／ｃｍ３以上の密度でピークに達することが観察されている。
【００２５】
ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、レゾルシノール）およびアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）からエーロゲルを形成するための公知の方法において、有用な生成物（例えば、乾燥エーロゲル）がゲルから得られ得るように、ｐＨおよび固体含量のような反応パラメーターは、注意深く制御される。すなわち、反応パラメーターは、得られるゲルが首尾良く乾燥されて本来のゲルの形態の多くを保持するエーロゲルを形成し得るように、注意深く制御される。
【００２６】
例えば、低触媒濃度（高Ｒ／Ｃ、開始室温ｐＨ６．０未満）を使用して形成されたＲＦゲルは、乾燥した場合に、大きい粒子および大きい細孔／セルサイズにより特徴付けられ、そして一般にエーロゲルであるとみなされていない不透明の物質を形成する物質を生じることが報告されている。従って、従来と異なった反応パラメーターを使用して形成されたＲＦゲルはＲＦエーロゲルおよびそれらの関連する炭素発泡体の形成において有用ではないと一般的に考えられている。これは主に、このようなゲルが所望でない形態を有するか、または乾燥した場合にその形態を保持し得ないと考えられるかのいずれかのためである。低密度オープンセル発泡体の分野における努力の多くが、透明なゲルから常に誘導されるエーロゲルおよびキセロゲルに向けられてきた。結果として、典型的に不透明なゲルを導く反応条件下で形成されたゲルの調製および／または乾燥にはほとんど興味が向けられておらず、そしてエーロゲルの特性の多くを有する発泡体を生じるこのような不透明なゲルにはほとんど期待が向けられなかった。
【００２７】
従来的な方法において、反応混合物のｐＨの範囲（これは主に触媒の濃度によって決定される）は、注意深く制御されて反応混合物ｐＨ（これは６．５〜７．４の狭い範囲にある）を生じる。典型的に、反応パラメーター（Ｒ／Ｃ）（これはヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル数の、触媒のモル数に対する比であり、それゆえ反応混合物のｐＨを決定するのを助ける）は、約５０〜約４００であるように選択される。また、従来的な方法において、固体含量は注意深く制御される。典型的には、反応パラメーター（Ｒ、これは反応混合物中における、総容量に対するヒドロキシル化ベンゼン化合物およびアルデヒドの重量％である）は、約５％〜４０％ ｗ／ｖになるように選択される。
【００２８】
これらの従来的な方法および反応パラメーターを使用して、（たとえ、複雑で、集約的で、そして高価な方法を使用したとしても）首尾良く乾燥されて有機エーロゲル、および熱分解した場合には炭素エーロゲル（この両方は、透明（炭素エーロゲルを除く）、大きい表面積、超微細粒子サイズおよび多孔性のような典型的なエーロゲル特性を有する）を生じ得るゲルが得られる。しかし、これら従来のゲルは水細孔流体のような高表面張力溶媒の単純なエバポレート乾燥に耐えることができない。単純なエバポレート乾燥の際に、このゲルは収縮または亀裂がはいる。得られた生成物は本来のゲルの形態を保持しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】米国特許第５，４２０，１６８号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８７３，２１８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９９７，８０４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，０８６，０８５号明細書
【特許文献５】米国特許第４，９９２，２５４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，０４７，２２５号明細書
【特許文献７】米国特許第５，２３２，７７２号明細書
【特許文献８】国際公開第９５／０６００２号パンフレット
【特許文献９】米国特許第５，３５８，８０２号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４０２，３０６号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，６１９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，５０８，３４１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，６２６，９７７号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，２６０，８５５号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，５２９，９７１号明細書
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Ｐｅｋａｌａ， １９８９ａ，”Ｏｒｇａｎｉｃ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｐｏｌｙｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ ｗｉｔｈ Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ，”Ｊ． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２４， ｐｐ． ３２２１−３２２７．
【非特許文献２】Ｂｏｃｋ ｅｔ ａｌ．， １９９６，”Ｋｏｈｌｅｎｓｔｏｆｆ−Ａｅｒｏｇｅｌｅ−Ｎａｎｏｐｏｒｏｓｅ， Ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈ Ｌｅｉｔｆａｈｉｇｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｉｅｎ，”ＧＤＣＨ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈｉｅｎ， Ｂｄ． ３， ｐｐ． ４７１−４８０．
【非特許文献３】Ｐｅｋａｌａ ｅｔ ａｌ．， １９９５ｂ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ，”Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．， Ｖｏｌ． ３９３， ｐｐ． ４１３−４１９．
【非特許文献４】Ｐｅｋａｌａ ｅｔ ａｌ．， １９８２，”Ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ−Ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ，”Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ， Ｖｏｌ． ３９， ｐｐ． ２２１−２２３．
【非特許文献５】Ｍａｙｅｒ ｅｔ ａｌ．， １９９３，”Ｔｈｅ Ａｅｒｏｃａｐａｃｉｔｏｒ： Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ−Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ，”Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， １９９３， Ｖｏｌ． １４０， ｐｐ． ４４６−４５１．
【非特許文献６】Ｔｒａｎ ｅｔ ａｌ．， １９９６，”Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ａｅｒｏｇｅｌｓ ａｎｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｌｏｔｈｓ，”Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ．， Ｖｏｌ． ４３１， ｐｐ． ４６１−４６５．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明者らは、とりわけ、従来のパラメーターの外側に動かすことによって、より詳細には、より低い触媒濃度（すなわち、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値（これは約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる））へと動かすことによって、硬化した場合に強力な有機ゲルを生じる新規の有機ゲルが得られることを見出した。これらの新規な有機ゲルは、従来的な反応パラメーターを使用して生成されたゲルとは異なり、超臨界エバポレーション、臨界未満エバポレーションまたは溶媒交換法のような、複雑で、集約的で、そして高価な乾燥方法を必要とすること無く、細孔中に含有される溶媒水の単純な（および安上がりな）エバポレート乾燥に充分耐えることができるほど頑丈である（これはおそらく、大きなサイズのセルおよび細孔空間に起因する）。得られる独特の低密度オープンセル有機発泡体は、エーロゲルに関連した多くの有用な特性を有する。このようにして、新規の低密度オープンセル有機発泡体が得られ、これは比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。これらの有機エーロゲルは熱分解されて新規の低密度オープンセル炭素発泡体を形成し得、これらはまた、比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率、大きい表面積によっても特徴付けられ、そして高い静電容量によってさらに特徴付けられる。
【００３２】
発明の簡単な説明
本発明はゲル、発泡体およびエーロゲルの一般的分野に関する。より詳細には、本発明は、低密度オープンセル有機発泡体および低密度オープンセル炭素発泡体ならびにそれらの調製方法に関する。より詳細には、本発明は、従来よりも低い触媒濃度（例えば、約２０００よりも大きいＲ／Ｃ値、これは典型的に約６．０よりも低い開始室温ｐＨを生じる）を使用して、ヒドロキシル化ベンゼン（例えば、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノール）ならびにアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド、フルフラール、グルタルアルデドおよびグリオキサール）から調製される有機ゲルから誘導される低密度オープンセル有機発泡体に関する。低密度オープンセル有機発泡体を調製する方法もまた、議論される。これらの有機発泡体は、比較的大きな粒子および細孔サイズ、高い空隙率ならびに大きい表面積によって特徴付けられる。本発明の重要な局面は、新規ではない溶媒除去工程（例えば、雰囲気エバポレート水分除去（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｍｏｖａｌ））を包含する。
【００３３】
本発明はまた、このような有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体、ならびにこれらの低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する。炭素発泡体もまた、比較的大きいセルサイズ、高い空隙率、大きい表面積、および高い静電容量によって特徴付けられる。本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体、およびそれらの複合体の生成方法に関する。
【００３４】
明らかとなるように、本発明の１つの局面の好ましい特徴および特性が本発明の任意の他の局面に適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
発明の詳細な説明
Ａ．有機ゲルの調製のための方法
本発明の有機ゲルは、触媒の存在下、所定の反応パラメーター（例えば、Ｒ／ＣおよびＲ）の値によって決定される特定の反応条件下で、１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物と１つまたはそれ以上のアルデヒドとの重縮合によって、調製される。この方法において、有機ゲルが得られ、これは、相対的に大きい粒子および細孔のサイズによって特徴付けられ、そしてこれは、溶媒の水（ｓｏｌｖｅｎｔ ｗａｔｅｒ）の単純な蒸発乾燥を切り抜けて残存し、低密度オープンセル（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ）有機発泡体を得る。大きい粒子および細孔のサイズは、乾燥の間、毛細管力を最小にすることを補助し、これによって、単純な蒸発乾燥方法を使用することによって、特に水のような高表面張力溶媒から有機ゲルが乾燥され得ることが想定される。
【００３６】
従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を含む、化学的に架橋した有機ゲルの調製のための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物を加熱し、上記有機ゲルを形成する工程。
【００３７】
本明細書中で使用される、用語「ヒドロキシル化ベンゼン化合物」は、少なくとも１つのベンゼン環を含む化合物に関し、このベンゼン環は、少なくとも１つのヒドロキシル基（すなわち、−ＯＨ）を所有する。適切なヒドロキシル化ベンゼン化合物の例には、フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが挙げられる。
【００３８】
【化２】
代表的には、ヒドロキシル化ベンゼン化合物は、固体として提供される。多くの例示されたヒドロキシル化ベンゼン化合物（フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンおよびフロログルシノールが挙げられる）は、高純度で広く市販される。また、多くのヒドロキシル化ベンゼン化合物は、少量のアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）と組み合わせて、部分的に縮合した形態で、すなわち、低分子量ポリマーとして、市販される。これらの物質はまた、有用であるヒドロキシル化ベンゼン化合物であり得る。
【００３９】
用語「アルデヒド」は、本明細書中で従来の意味で使用され、そして、アルデヒド基（すなわち、−ＣＨＯ）を含む有機化合物に関する。多くのアルデヒドは、式Ｒ−ＣＨＯ（ここで、Ｒはアルデヒド置換基である）によって表され得る。適切なアルデヒドの例には、ホルムアルデヒド、グリオキサール、フルフラール、およびグルタルアルデヒドが挙げられる。
【００４０】
代表的には、アルデヒドは、液体として、純粋なアルデヒドまたは水溶液のいずれかとして提供される。例えば、ホルムアルデヒドは、３７．６重量％の水溶液として、広く市販される。
【００４１】
用語「触媒」は、本明細書中で使用されるように、ヒドロキシル化ベンゼン化合物とアルデヒドとの間の反応のための触媒として作用する化合物に関する。１実施態様において、触媒は、塩基触媒（すなわち、Ｂｒｏｎｓｔｅｄ 塩基として作用し得る）である。適切な塩基触媒の例は、炭酸ナトリウム（すなわち、Ｎａ２ＣＯ３）および炭酸カリウム（すなわち、Ｋ２ＣＯ３）のような炭酸塩を含む。１実施態様において、触媒は、酸触媒（すなわち、Ｂｒｏｎｓｔｅｄ 酸として作用し得る）である。適切な酸触媒の例は、エージング研究において使用され得るように、トリフルオロ酢酸（すなわち、ＣＦ３ＣＯＯＨ）である。
【００４２】
代表的には、触媒は、固体として、または水溶液として、提供される。例えば、高純度炭酸ナトリウムは、広く市販される。適切な水溶液は、例えば、蒸留脱イオン水に適切な量の炭酸ナトリウムを溶解することによって調製され得、所望の濃度（例えば、０．１ Ｍ 炭酸ナトリウム）を有する溶液を得る。または、トリフルオロ酢酸は、広く市販される。
【００４３】
反応パラメーターＲ／Ｃは、反応混合物におけるヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル数対触媒のモル数の比である（通常、有機ゲルの形成の前に測定される）。例えば、反応混合物が、１モルのレゾルシノールおよび０．５ミリモルの炭酸ナトリウムを使用して調製される場合、得られるＲ／Ｃ値は、１／０．０００５または２０００である。
【００４４】
本発明の有機ゲル、およびそれらから得られる低密度オープンセル有機発泡体は、約２０００より大きいＲ／Ｃ値（通常、２０００〜約２００００の範囲内にある）によって決定されるように、低触媒濃度を有する反応混合物から生成されることによって特徴付けられる。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２１００より大きい（通常、２１００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２２００より大きい（通常、２２００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２３００より大きい（通常、２３００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２４００より大きい（通常、２４００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２５００より大きい（通常、２５００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２６００より大きい（通常、２６００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２７００より大きい（通常、２７００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２８００より大きい（通常、２８００〜約２００００の範囲内にある）。１実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、２９００より大きい（通常、２９００〜約２００００の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、３０００より大きい（通常、３０００〜約２００００の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ／Ｃ値は、３５００より大きい（通常、３５００〜約２００００の範囲内にある）。得られた反応混合物の初期室温におけるｐＨは、主に、触媒およびＲ／Ｃ値の性質によって決定される。塩基触媒において、Ｒ／Ｃの増加（例えば、塩基触媒濃度の減少）は、一般に、初期室温ｐＨにおいて減少を引き起こす。
【００４５】
別の反応パラメーター、すなわちＲは、反応混合物の全容量に対する反応混合物中のヒドロキシル化ベンゼン化合物およびアルデヒドの％固体ｗ／ｖ（重量対容量比）である（通常、有機ゲルの形成の前に測定される）。次いで、例えば、レゾルシノール／ホルムアルデヒド／炭酸ナトリウム／水反応混合物が、１２．３５ｇのレゾルシノールおよび６．７３ｇのホルムアルデヒド（例えば、１７．９１ｇの３７．６％水性ホルムアルデヒドから提供されるように）を使用して調製され、そして、得られる反応混合物が、３１．８ｍｌの容量を有する場合、Ｒ値は、（１２３５０＋６７３０）／３１．８×１００または６０％ｗ／ｖである。
【００４６】
１実施態様において、本発明の有機ゲルおよびそれらから得られる低密度オープンセル有機発泡体はまた、約２０％より大きいＲ値（通常、２０％〜約８０％の範囲内にある）を有する反応混合物から生成されることによって特徴付けされる。別の実施態様において、Ｒ値は、２５％より大きい（通常、２５％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、３０％より大きい（通常、３０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、４０％より大きい（通常、４０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、４５％より大きい（通常、４５％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、５０％より大きい（通常、５０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、６０％より大きい（通常、６０％〜約８０％の範囲内にある）。別の実施態様において、Ｒ値は、７０％より大きい（通常、７０％〜約８０％の範囲内にある）。
【００４７】
代表的には、反応混合物は容器内にて調製される。あるいは、成分を混合した後、得られる反応混合物は、耐熱容器に移され得る。耐熱容器の例には、ポリプロピレンおよびガラスから形成される容器が挙げられる。反応混合物の成分は、例えば、攪拌および振盪のような従来の方法を用いて混合され得る。
【００４８】
反応混合物を形成する場合において、室温（すなわち、２５℃）で放置時間、放置することが必要に応じて許容され得る。代表的には、放置時間は、約０．１時間〜約５日間である。１実施態様において、放置時間は、約０．１時間〜約２４時間である。１実施態様において、放置時間は、約０．１時間〜約２時間である。
【００４９】
次いで、反応混合物は、ゲル化温度まで加熱されゲル化反応を開始し、そして、代表的には、ゲル化時間にわたってその温度で保持され、所望の有機ゲルを形成する。ゲル化温度は、ゲル化時間、反応混合物の組成、および反応混合物の量に依存して、変化し得る。ゲル化温度は、代表的には、約２０〜約７０℃である。１実施態様において、ゲル化温度は、約４０〜約６０℃である。１実施態様において、ゲル化温度は、約５０℃である。ゲル化時間は、ゲル化温度、反応混合物の組成、および反応混合物の量に依存して、変化し得る。ゲル化時間は、代表的には、約０．１時間〜約５日間である。１実施態様において、ゲル化時間は、約０．１時間〜約２４時間である。１実施態様において、ゲル化時間は、約０．１時間〜約３時間である。反応混合物は、例えば、従来の方法を用いて加熱され得る。代表的には、反応混合物は、耐熱容器内に密閉され、そして、サーモスタット制御オーブン内に配置される。または、連続フロー装置が使用され得る。代表的には、試薬または反応混合物の処理の間、あるいはゲル化反応の間、特別の環境は必要とされない。
【００５０】
幾つかの実施態様において、得られる有機ゲルは、硬化時間にわたって、硬化温度にて、有機ゲルを加熱することによって、さらに硬化される。従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を含む硬化されたゲルを調製するための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物をゲル化温度にて、ゲル化時間にわたって加熱し、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）上記有機ゲルを硬化温度にて、硬化時間にて加熱し、上記の硬化された有機ゲルを形成する工程。
【００５１】
硬化温度は、通常、使用されるゲル化温度より高い。硬化温度は、硬化時間、有機ゲルの組成および有機ゲルの量に依存して変化し得る。硬化温度は、代表的には、約５０〜約９５℃である。１実施態様において、硬化温度は、約６０〜約９０℃である。１実施態様において、硬化温度は、約８５℃である。硬化時間は、硬化温度、有機ゲルの組成および有機ゲルの量に依存して変化し得る。硬化時間は、代表的には、約１時間〜約５日間である。１実施態様において、硬化時間は、約３〜約７２時間である。１実施態様において、硬化時間は、約６〜約４８時間である。有機ゲルは、例えば、従来の方法を用いて加熱され得る。または、連続フロー装置が使用され得る。代表的には、有機ゲルを含む耐熱容器は、サーモスタット制御オーブン内に配置される。再び、硬化の間、特別の環境は代表的には必要とされない。
【００５２】
Ｂ．低密度オープンセル有機発泡体の調製のための方法
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、特定の調合の有機ゲルの乾燥によって、調製される。本明細書中において使用されるように、用語「乾燥」は、少なくとも一部の水の除去を意味する。すなわち、有機ゲルの乾燥は、有機ゲルからの少なくとも一部の水の除去を意味する。従って、１実施態様において、本発明は、以下の工程を包含する低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法に関する：
（ａ） １つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物対上記アルデヒドのモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ） 上記反応混合物を加熱して有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ） 上記有機ゲルから上記水の少なくとも一部を除去し、上記低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程。
【００５３】
別の１実施態様において、本発明は、以下の工程を包含する低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法に関する：
（ａ）１つまたはそれ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つまたはそれ以上のアルデヒド、１つまたはそれ以上の触媒、および水を含有する反応混合物を形成する工程；（ここで、上記の反応混合物において、上記アルデヒドに対する上記ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比、すなわちＲ／Ｃは、約２０００より大きい）；および
（ｂ）上記反応混合物をゲル化温度にて、ゲル化時間にわたって加熱し、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）上記有機ゲルを硬化温度にて、硬化時間にわたって加熱し、硬化した有機ゲルを形成する工程；および、
（ｄ）上記硬化した有機ゲルから上記水の少なくとも一部を除去し、上記低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程。
【００５４】
任意の従来の方法（例えば、超臨界蒸発、臨界未満蒸発および溶媒交換乾燥法を含む）は、細孔からの溶媒（代表的には、水）の除去に使用され得るが、本発明の方法は、水細孔流体（ｗａｔｅｒ ｐｏｒｅ ｆｌｕｉｄ）の従来の空気乾燥のより安価でかつより単純な方法の使用を許容する。従って、１実施態様において、乾燥は、高表面張力流体（例えば、有機ゲル細孔内に見いだされ得るような水）の単純蒸発乾燥によって達成される。１実施態様において、上記水の少なくとも一部を除去する上記工程は、加熱工程を包含する。１実施態様において、上記水の少なくとも一部を除去する上記工程は、水蒸発工程を包含する。
【００５５】
本発明の有機ゲルが単純な蒸発乾燥によって首尾よく乾燥され得ることは、有機ゲル、およびこうして得られる低密度オープンセル有機発泡体が特別であることを示す。いかなる特定の理論にも束縛されることを望まないが、ゲルが代表的な中間細孔寸法（高いＲ／Ｃ反応パラメーターを使用して得られる）より大きく、これらのより大きな寸法が単純蒸発乾燥を許容することが想定される。高いＲ／Ｃにおいて代表的な粒子より大きい粒子の形成が、粒子と粒子鎖との間だけではなく、粒子自身において、中間細孔の形成を許容することが可能である。高い固体含有量（高いＲ値）のさらなる組み合わせが、有機ゲルの強度を増大し得、そして単純な蒸発乾燥をさらに容易にし得ることがさらに想定される。得られる低密度オープンセル有機発泡体は、それらが誘導されたゲルの形態を大きく反映し、従って、また、代表的な中間細孔寸法より大きい寸法を有する。この方法において、有機発泡体から誘導される低密度オープンセル炭素発泡体（以下を参照のこと）はまた、代表的な中間細孔寸法より大きい。
【００５６】
代表的には、有機ゲル、または代替的には硬化した有機ゲルは、オーブン内に配置され、そして湿潤空気雰囲気下において、乾燥温度にて、乾燥時間にわたって、乾燥される。乾燥温度は、乾燥時間、有機ゲル／硬化した有機ゲルの組成および有機ゲル／硬化した有機ゲルの量に依存して、変化し得る。乾燥温度は、代表的に、約２０〜約１５０℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約５０〜約１５０℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約６０〜約１００℃である。１実施態様において、乾燥温度は、約７５℃である。代表的な乾燥圧は、約１ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ（約０．１ Ｐａ）〜約５ａｔｍ（０．５ ＭＰａ）である。１実施態様において、乾燥圧は、約１ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ（約０．１Ｐａ）〜約５ａｔｍ（約０．５ＭＰａ）である。１実施態様において、乾燥圧は、約０．５〜２．５ａｔｍ（約５０ｋＰａ〜約０．２５ＭＰａ）である。乾燥時間は、乾燥温度、有機ゲル／硬化した有機ゲルの組成および有機ゲル／硬化した有機ゲルの量に依存して、変化し得る。乾燥時間は、代表的には、約１時間〜約１０日間である。１実施態様において、乾燥時間は、約１〜約９６時間である。１実施態様において、乾燥時間は、約６〜約４８時間である。別の実施態様において、「非臨界乾燥条件」は、超臨界蒸発（例えば、ＣＯ２）または臨界未満蒸発（例えば、アセトン／ＣＯ２、アセトン／シクロヘキサン）において使用される条件ではないことが定義される。
【００５７】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、相対的に大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、および高表面積によって、特徴付けられる。代表的には、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、約２００〜約９００ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約３００〜約９００ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、約２００〜約１０００ｍ２／ｇの表面積を有する。
【００５８】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体はまた、約５ｎｍより大きい（例えば、約５〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約７ｎｍより大きい（例えば、約７〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約１０ｎｍより大きい（例えば、約１０〜約５０ ｎｍ）中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は、約１０〜約２５ ｎｍの中間細孔サイズ分布によって特徴付けられる。
【００５９】
本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、代表的には、オレンジから深赤色まで色が変化し得、そして視覚的に不透明であり得る。約５０ｗ／ｖ％およびそれより低い固体含有量Ｒで調製されるゲルにおいて、不透明ゲルは、反応混合物のゲル化によって得られる。これらの不透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述した通り）は、本発明の低密度オープンセル発泡体を生じる。５０ｗ／ｖ％より大きい固体含有量Ｒで調製されるゲルにおいて、７日間までの延長された放置時間（代表的には、室温にて）は、不透明な反応混合物を形成するために必要とされ得る。不透明ゲルは、前述のように、ゲル化が起こるまで放置時間を継続すること、または、ゲル化が起こるまで不透明反応混合物を加熱することのいずれかによって、この不透明反応混合物から形成される。これらの不透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述した通り）は、本発明の低密度オープンセル有機発泡体を生じる。これらの低密度オープンセル有機ゲルの強度ならびにより大きな粒子および細孔サイズは、水細孔流体の単純な蒸発乾燥を容易にする。
【００６０】
あるいは、５０ｗ／ｖ％より大きい固体含有量Ｒで調製されるこれらのゲルにおいて、透明なゲルは、反応混合物が不透明になるポイントより前に、透明な反応混合物を加熱することによって得られる。それらの透明ゲルの引き続く硬化および乾燥（前述の通り）は、透明な低密度オープンセル有機発泡体を生じる。粒子および細孔のサイズは約１００ｎｍを越えないが、これらの低密度オープンセル有機ゲルのゲル強度、ならびに幾分大きい粒子および細孔のサイズ（高いＲ／Ｃ値に起因する）が、水細孔流体の単純な蒸発乾燥を可能にすることが想定される。
【００６１】
結論として、１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は不透明である。１実施態様において、低密度オープンセル有機発泡体は透明である。入射可視光の実質的な部分が、発泡体を介して伝達され、そして容易に検出され得る（例えば、半透明のおよび半透明の有機発泡体においてのように）場合、本発明の低密度オープンセル有機発泡体は、透明であると考慮される。上で議論されるように、低密度オープンセル有機発泡体の透明度または不透明度は、発泡体の形態的構造の寸法（例えば、粒子のサイズおよび間隔、細孔のサイズおよび間隔）から生じる。
【００６２】
Ｃ． 低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法
本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体に関係し、これは非反応性または不活性雰囲気下、上記で記載されるような低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により調製される。従って、１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 上述の反応混合物を加熱して有機ゲルを形成する工程；
（ｃ） 上述の有機ゲルから上述の水の少なくとも１部を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体を高温で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程。
【００６３】
別の１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 上述の反応混合物をゲル化する温度でゲル化する時間の間加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ） 上述の有機ゲルを硬化（ｃｕｒｉｎｇ）する温度で硬化（ｃｕｒｉｎｇ）する時間の間加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ） 上述の硬化した有機ゲルから上述の水の少なくとも１部を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体を熱分解する温度で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程。
【００６４】
低密度オープンセル炭素発泡体を形成するための低密度オープンセル有機発泡体の熱分解は、従来の手段を使用して行われ得る。代表的には、低密度オープンセル有機発泡体はサーモスタットを付けられたオーブンに置かれ、そして適合した雰囲気下熱分解する時間の間熱分解する温度に加熱される。代表的には、オーブンの温度は熱分解する温度まで段階的に傾斜が付けられ、そして熱分解する時間の間そこに保持される。熱分解する温度は、熱分解する時間、低密度オープンセル有機発泡体の組成、および低密度オープンセル有機発泡体の量に従って変化し得る。熱分解する温度は代表的に、約６００〜３０００℃である。１つの実施態様において、熱分解する温度は約８００〜約１１５０℃である。１つの実施態様において、熱分解する温度は約１０５０℃である。熱分解する時間は、熱分解する温度、低密度オープンセル有機発泡体の組成、および低密度オープンセル有機発泡体の量に従って変化し得る。熱分解する時間は代表的に、約１〜約６時間である。１つの実施態様において、熱分解する時間は約２〜約５時間である。１つの実施態様において、熱分解する時間は約４時間である。
【００６５】
本明細書中で使用されるように、用語「適合した雰囲気」は、低密度オープンセル炭素発泡体を形成するための、低密度オープンセル有機発泡体の高温での熱分解を可能にする任意の雰囲気に関する。通常、適合した雰囲気は非酸化的である。適合した雰囲気は、比較的不活性であり、例えば乾燥窒素であり得る（高純度超乾燥窒素をしばしば必要としないこと、および標準グレードの乾燥窒素で通常十分であることが注記される）。あるいは、適合した雰囲気は還元的雰囲気、例えば水素であり得る。オープンセル有機発泡体の熱分解と同時に、またはそれに続いて、付加または置換ガスまたは蒸気が、オープンセル炭素発泡体を誘導するかまたは「活性化」するために導入され得る。そのような材料の例は、蒸気、空気、および二酸化炭素を含む。熱分解に続いて、オープンセル発泡体は、例えば硝酸のような酸化酸を使用して化学的成分により誘導または「活性化」され得る。
【００６６】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、相対的に大きい粒子および細孔サイズ、高い空隙率、高表面積、および高静電容量により特徴づけられる。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約２００〜約１２００ ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は約３００〜約９００ ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約２００〜約８００ ｍ２／ｇの表面積を有する。代表的には、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０〜約８０ Ｆ／ｇの静電容量を有する。
【００６７】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体はまた、約５ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約５〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約７ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約７〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０ｎｍよりも大きい中間細孔サイズ分布により特徴づけられる（すなわち、約１０〜約５０ｎｍ）。１つの実施態様において、低密度オープンセル炭素発泡体は、約１０〜約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴づけられる。
【００６８】
どのような特定の理論に結びつけられることも望まないが、本発明の低密度オープンセル炭素発泡体について観測される実質的な静電容量は、代表的な中間細孔サイズ分布をより大きく反映し、そして改変された中間細孔サイズ分布はエネルギー貯蔵特性のもとである電気的二重層の形成を向上することが、仮定される。再び、より大きい代表的粒子の形成（高Ｒ／Ｃにおいて）が粒子自身内での中間細孔の形成を可能にし得、従って中間細孔分布を増加することが仮定される。
【００６９】
Ｄ． 低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体の調製方法
本発明はまた、低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体に関し、これらは低密度オープンセル有機発泡体複合体の高温熱分解により調製され、これは上記で記載されるように適した基質および有機ゲルから調製される。従って、１つの実施態様において、本発明は以下の工程を含む低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体の調製方法に関する：
（ａ） １種以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１種以上のアルデヒド、１種以上の触媒、および水を含む反応混合物を形成する工程；ここで上述の反応混合物中の、上述のヒドロキシル化ベンゼン化合物対上述のアルデヒドのモル比、Ｒ／Ｃは、約２０００より大きい；および
（ｂ） 多孔性炭素基質または多孔性有機基質を上述の反応混合物に含浸して、含浸炭素または多孔性有機基質を形成する工程；
（ｃ） 上述の含浸多孔性基質を、ゲル化する温度でゲル化する時間の間加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ） 上述の有機ゲル／多孔性基質複合体を、硬化する温度で硬化する時間の間加熱して、硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ） 上述の硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から少なくとも１部の上述の水を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ） 上述の低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を、熱分解する温度で熱分解して、上述の低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程。
【００７０】
本明細書中で使用されるように、用語「多孔性炭素基質」および「多孔性有機基質」は、それぞれ炭素および有機材料を含む多孔性材料に関し、そしてそれらは、含浸されるか、浸漬されるか、濡らされるか、またはそれ以外で反応混合物と合わせられ得る。炭素および有機基質は、任意の形状または構成にあるものであり得、例えば、ブロック、シート、スレッドまたはフィラメント、あるいは管からなる群より選択される形態を含み、例えば、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体、および織物からなる、またはそれらを含む群からなる群より選択される形態を含み、それらはさらに、金属繊維、金属粉末などのような他の成分を含み得る。１つの実施態様において、炭素基質は、Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標）６１００−０５０（これはＬｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹから市販されている）のような炭素繊維紙である。本発明のゲル、乾燥発泡体、および熱分解生成物は、選択された基質の形態をとり得る。
【００７１】
生成する低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体は、特にエネルギー貯蔵のためのまたは容量性脱イオン化のための二重層コンデンサーにおける電極として有用である（例えば、Ｐｅｋａｌａら、１９９５ｂを参照のこと）。
【実施例】
【００７２】
Ｅ． 実施例
いくつかの本発明の実施態様が以下の実施例において記載される。これらは例示のために提供され、そして制限のためではない。
【００７３】
材料
レゾルシノール（純度９８％）は、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手し、そして受け取ったままに使用した。ホルムアルデヒドは、Ｊ． Ｔ． Ｂａｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから、水性溶液（３７．６％、メタノール安定化）として入手した。炭酸水素ナトリウムは、Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ， Ｉｎｃ．から入手し、そして０．１Ｍの水性溶液を調製した。水は使用前に脱イオン化した。
【００７４】
特徴付けの方法
密度． 密度は、測定された多孔性固体の重量および幾何学的に測定された体積から計算された。
【００７５】
表面積および細孔分布． 表面積および細孔サイズ分布は、 ＢＥＴ多点Ｎ２ガス吸着法（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ（登録商標） ＡＳＡＰ ２０００）を使用して得た。有機サンプルは測定の前に２４時間室温で脱気され、一方炭素サンプルは測定前に約１２時間２００℃で脱気された。表面積は、代表的にｍ２／ｇの単位で報告される。細孔サイズ分布は、代表的に脱着ブランチから測定され、そして代表的にナノメートルの単位で報告される。中間細孔サイズ分布は中間細孔、すなわち、約２〜約５０ｎｍの寸法を持つ細孔の分布を反映する。
【００７６】
静電容量測定． 静電容量研究は、６４−チャンネルＭａｃｃｏｒ（登録商標）バッテリー試験器を使用して行われた。実験は、円形（４．５ｃｍ−直径）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）セルを使用して行われた。２本の同一の１．５ｃｍ−直径の炭素複合電極を２ピースのＷｈａｔｍａｎ（登録商標）ファイバーガラスフィルター紙（９３４−ＡＨ）により分離した。ニッケル箔を集電体として使用し、そして電解質は５ＭのＫＯＨであった。アセンブリ全体を２枚のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）板の間に挟み、そして０．６ｃｍ−直径のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ねじで一緒に留めた。電解質の充填は、ほぼ１時間での３回の連続した排気（２ｐｓｉ；約１４ｋＰａ）および加圧（２４．５ｐｓｉ；１７０ｋＰａ）段階によりなし遂げられた。組立および試験は周囲条件下で行われた。静電容量は、１Ｖの操作電圧に対して一定の電流で完全に充電されたセルの放電容量（Ｃ＝Ｑ／Ｖ）から測定した。２本の炭素電極の乾燥重量の合計を、静電容量密度の計算に使用した。
【００７７】
実施例１
モノリシック空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル有機発泡体Ｒ ４０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
１２．３５ｇのレゾルシノール（０．１１２ｍｏｌ）、１７．９１ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（６．６３ｇ、０．２２０ｍｏｌ）、および２０．３２ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、０．５６ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．０５６ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた（開始ｐＨ＝５．６）。最終的な容積は４７．０ｍＬであると測定された。得られる溶液を、ポリプロピレン容器中に注ぎ、そしてしっかりと密閉した。容器を、ゲル化のために直接５０℃のオーブン中に置いた。反応混合物は、５０℃で１〜２時間のうちにゲル化し、そして不透明になった。５０℃で１２時間後、次いで温度を８５℃に上げ、そして７２時間保持してゲルを硬化した。室温まで冷却した後、ゲルを加湿大気中６時間８５℃でエバポレートすることにより乾燥し、続いて周囲大気下１２時間５０℃で乾燥した。得られる低密度オープンセル発泡体の密度は、０．４３ｇ／ｃｍ３であると測定された。
【００７８】
実施例２
モノリシック空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル有機発泡体Ｒ ５０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
１２．３５ｇのレゾルシノール（０．１１２ｍｏｌ）、１７．９１ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（６．６３ｇ、０．２２０ｍｏｌ）、および１０．７６ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、０．５６ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．０５６ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた（開始ｐＨ＝５．６）。最終的な容積は３８．０ｍＬであると測定された。得られる溶液を、２個のポリプロピレン容器中に等しく注ぎ、そしてしっかりと密閉した（ゲルＡおよびＢ）。次いで、ゲルＡを室温に１２時間放置し、次いで５０℃のオーブン中に１２時間置いてゲル化した。ゲルＢは直接５０℃のオーブン中に１２時間置いてゲル化した。両方の場合において、ＲＦゲルは５０℃でゲル化しながら不透明になった。次いで温度を８５度に上げ、そして２４時間維持してゲルを硬化した。室温まで冷却した後、両方のゲルを空気中室温で数日間ゆっくりとエバポレートすることにより乾燥した。乾燥ゲルＡの密度は０．６５ｇ／ｃｍ３であると測定され、そして乾燥ゲルＢの密度は０．６４ｇ／ｃｍ３であると測定された。ゲルＡのＢＥＴ表面積は５８４ｍ２／ｇであると測定された。平均中間細孔直径は１３ｎｍであると測定された。
【００７９】
実施例３
空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体−Ｒ ５０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
２４．７ｇのレゾルシノール（０．２２４ｍｏｌ）、３５．８２ｇの３７％水性ホルムアルデヒド（１３．２５ｇ、０．４４１ｍｏｌ）、および２２．６４ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、１．１２ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．１１２ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた。最終的な容積は７５．９ｍＬであると測定された。溶液を５０℃で３０分間加温した。次いで、軽量炭素繊維紙（Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標） ６１００−０５０；Ｌｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹ）をこの溶液に含浸した。含浸した紙を２枚のガラス板の間に置き、プラスチックのうわ包装で密閉し、そして室温で１５時間放置してゲル化した。次いで、ＲＦ含浸紙を８５℃のオーブン中に２４時間にわたり置いて硬化した。冷却後、次いでプラスチックのうわ包装およびガラス板を取り外した。ＲＦ複合体を、加湿水平フローオーブン中に置き、そして約７５℃で１２時間乾燥した。ＲＦ複合体は、斑入りの明るい茶色の外観と滑らかで光沢のある表面を持つ、薄い不透明なシートであった（約１０ｍｉｌ、約０．２５ｍｍの厚さ）。それは、約０．６ｍｇ／ｃｍ３の密度および４０８ｍ２／ｇの表面積を有した。
【００８０】
不活性雰囲気（Ｎ２）下１０５０℃でのＲＦ複合体の熱分解は、ＲＦ複合体に匹敵する寸法を持つ黒色の炭化シートを生じた。この材料は、０．４１３ｍｇ／ｃｍ３の密度および４９７ｍ２／ｇの表面積を有した。この材料は、１７ｎｍの中間細孔についての細孔サイズ分布を有した。この材料が水性塩基（５ＭのＫＯＨ）のスーパーコンデンサー（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）中電極として使用された場合、約１７．８ Ｆ／ｇの比静電容量が測定された。
【００８１】
実施例４
空気乾燥レゾルシノール−ホルムアルデヒド低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体−Ｒ ６０％ｗ／ｖ、Ｒ／Ｃ ２０００
２４．７ｇのレゾルシノール（０．２２４ｍｏｌ）、３８．０ｇの３４．８％水性ホルムアルデヒド（１３．２２ｇ、０．４４０ｍｏｌ）、および７．８６ｇの脱イオン水を、レゾルシノールが溶解するまで一緒に撹拌した。次いで、１．１２ｇの０．１Ｍ炭酸ナトリウム溶液（比重を１ｇ／ｃｍ３と仮定して、約０．１１２ｍｍｏｌのＮａ２ＣＯ３）を、撹拌しながら加えた。最終的な容積は６３．２ｍＬであると測定された。次いで、軽量炭素繊維紙（Ｔｅｃｈｎｉｍａｔ（登録商標） ６１００−０５０；Ｌｙｄａｌｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ、ＮＹ）をこの溶液に含浸した。含浸した紙を２枚のガラス板の間に置き、プラスチックのうわ包装で密閉し、そして５０℃のオーブン中に２日間置いてゲル化した。次いで、ＲＦ含浸紙を８５℃のオーブン中に１８時間にわたり置いて硬化した。冷却後、次いでプラスチックのうわ包装およびガラス板を取り外した。ＲＦ複合体を、加湿水平フローオーブン中に置き、そして約７５℃で１２時間乾燥した。ＲＦ複合体は、非常に暗い赤茶色の外観と平坦な表面の仕上がりを持つ、薄いシートであった（約１０ｍｉｌ、約０．２５ｍｍの厚さ）。それは、約０．８ｍｇ／ｃｍ３の密度および５０６ｍ２／ｇの表面積を有した。
【００８２】
不活性雰囲気（Ｎ２）下１０５０℃でのＲＦ複合体の熱分解は、ＲＦ複合体に匹敵する寸法を持つ黒色の炭化シートを生じた。この材料は、約０．４７１ｍｇ／ｃｍ３の密度および４０８ｍ２／ｇの表面積を有した。この材料は、５ｎｍの中間細孔についての細孔サイズ分布を有した。この材料が水性塩基（５ＭのＫＯＨ）のスーパーコンデンサー（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）中電極として使用された場合、約１９．１ Ｆ／ｇの比静電容量が測定された。
【００８３】
実施例３および４で得られた低密度オープンセル炭素発泡体についてのデータを以下の表１に要約する。観測された静電容量（約１５〜２０Ｆ／ｇ）は、従来のＲＦゲルの超臨界または溶媒交換乾燥により得られる従来のＲＦエーロゲルから誘導される従来の炭素エーロゲルについて観測される値に匹敵する。観測された密度（約４００〜５００ｍｇ／ｃｍ３）は、従来の炭素エーロゲルに匹敵する密度を示する。本発明の低密度オープンセル炭素発泡体についての中間細孔サイズ分布（約５〜２０ｎｍ）は、従来の炭素エーロゲルについて観測された値（高固体含有（例えば、５０％ｗ／ｖ以上）エーロゲルから調製されて、≦５ｎｍ）よりも著しく高い（例えば、Ｔｒａｎら、１９９６を参照のこと）。
【００８４】
本発明の低密度オープンセル炭素発泡体は、従来の炭素エーロゲルと比較して、より大きい細孔へ移行した中間細孔サイズ分布を持つ。このより大きな細孔サイズへの移行は、電気化学的二重層を確立するために重要であり得る。移行はまた、有機電解質システム（これはより良い静電容量特性を有する）を使用する場合に、従来の炭素エーロゲルに勝る重要な利点を提供する。有機電解質システムは代表的に、比較的大きい電解質カチオンおよび／またはアニオンを有し、これは従来の炭素エーロゲルのより小さな細孔中にはまり得ず、それらの最終的な性能を減少させる。本発明の低密度オープンセル炭素発泡体におけるように、細孔サイズを増加させることは、より多くの電気化学的二重層を形成させ、従って有機電解質システムの性能を改善する。
【００８５】
【表１】
Ｆ． 参考
以下に参考として上げられる出版物、特許、および公開特許の明細書の開示は、本発明が関係する分野の状態をより完全に記載するために、本明細書により本開示中に参考として援用される。
【００８６】
【表２−１】
【００８７】
【表２−２】
【００８８】
【表２−３】
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、以下の方法等が提供される。
【００９０】
１．有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１から３のいずれか１項に記載の方法。
５．項目１から４のいずれか１項に記載の方法により形成される有機ゲル。
６．硬化した有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、該硬化した有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
８．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
９．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目６から８のいずれか１項に記載の方法。
１０．項目６から９のいずれか１項に記載の方法により形成される硬化された有機ゲル。
１１．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
１２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
１５．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
１６．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７．項目１１から１６のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
１８．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
１９．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２０．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から１９のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２１．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から２０のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２２．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目１７から２１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２３．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；および
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
２４．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２５．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２６．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目２３から２５のいずれか１項に記載の方法。
２７．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目２３から２６のいずれか１項に記載の方法。
２８．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目２３から２７のいずれか１項に記載の方法。
２９．項目２３から２８のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
３０．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３２．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３３．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３４．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目２９から３３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ）高温で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
３６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目３５から３７のいずれか１項に記載の方法。
３９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目３５から３８のいずれか１項に記載の方法。
４０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程包含する、項目３５から３９のいずれか１項に記載の方法。
４１．項目３５から４０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
４２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目４１から４３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
４６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目４５から４７のいずれか１項に記載の方法。
４９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目４５から４８のいずれか１項に記載の方法。
５０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目４５から４９のいずれか１項に記載の方法。
５１．項目４５から５０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
５２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目５１から５３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５５．低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）多孔性炭素基質または多孔性有機基質を該反応混合物とともに含浸して、含浸した多孔性基質を形成する工程；
（ｃ）ゲル化時間の間ゲル化温度まで該含浸した多孔性基質を加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ）硬化時間の間硬化温度まで該有機ゲル／多孔性基質複合体を加熱して、該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ）該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から（ｆｏｒｍ）少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程、
を含む、方法。
５６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目５５から５７のいずれか１項に記載の方法。
５９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目５５から５８のいずれか１項に記載の方法。
６０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目５５から５９のいずれか１項に記載の方法。
６１．前記基質が、ブロック、シート、スレッド、フィラメント、チューブ、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体および織物からなる群から選択される形状を有する、項目５５から６０のいずれか１項に記載の方法。
６２．項目５５から６１のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体。
６３．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６４．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６５．前記発泡体が有機ゲルからの少なくとも水の部分的エバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目６３または項目６４に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６６．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目６３から６５のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６７．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６６のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６８．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６７のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６９．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目６３から６８のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
７０．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７２．前記低密度オープンセル炭素発泡体が低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により形成され、該低密度オープンセル有機発泡体が有機ゲルの少なくとも水の一部のエバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目７０または項目７１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７３．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目７０から７２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目７０から７３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
【００９１】
本発明の別の好ましい実施形態においては、以下の方法等が提供される。
【００９２】
１．有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１に記載の方法。
４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１から３のいずれか１項に記載の方法。
５．項目１から４のいずれか１項に記載の方法により形成される有機ゲル。
６．硬化した有機ゲルを調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、該硬化した有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
８．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目６に記載の方法。
９．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目６から８のいずれか１項に記載の方法。
１０．項目６から９のいずれか１項に記載の方法により形成される硬化された有機ゲル。
１１．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；および
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
１２．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１３．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目１１に記載の方法。
１４．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
１５．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
１６．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７．項目１１から１６のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
１８．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
１９．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２０．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から１９のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２１．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目１７から２０のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２２．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目１７から２１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
２３．低密度オープンセル有機発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；および
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、該低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
２４．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２５．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目２３に記載の方法。
２６．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目２３から２５のいずれか１項に記載の方法。
２７．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目２３から２６のいずれか１項に記載の方法。
２８．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目２３から２７のいずれか１項に記載の方法。
２９．項目２３から２８のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル有機発泡体。
３０．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３２．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３１のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３３．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目２９から３２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３４．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目２９から３３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
３５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）該有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｄ）高温で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
３６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目３５に記載の方法。
３８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目３５から３７のいずれか１項に記載の方法。
３９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目３５から３８のいずれか１項に記載の方法。
４０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程包含する、項目３５から３９のいずれか１項に記載の方法。
４１．項目３５から４０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
４２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目４１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目４１から４３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
４５．低密度オープンセル炭素発泡体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）ゲル化時間の間ゲル化温度で該反応混合物を加熱して、有機ゲルを形成する工程；
（ｃ）硬化時間の間硬化温度で該有機ゲルを加熱して、硬化した有機ゲルを形成する工程；
（ｄ）該硬化した有機ゲルから少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程；および
（ｅ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程、
を含む、方法。
４６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目４５に記載の方法。
４８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目４５から４７のいずれか１項に記載の方法。
４９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目４５から４８のいずれか１項に記載の方法。
５０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目４５から４９のいずれか１項に記載の方法。
５１．項目４５から５０のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体。
５２．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５３．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量によりさらに特徴付けられる、項目５１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目５１から５３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
５５．低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を調製するための方法であって、該方法は以下の工程：
（ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該触媒に対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）多孔性炭素基質または多孔性有機基質を該反応混合物とともに含浸して、含浸した多孔性基質を形成する工程；
（ｃ）ゲル化時間の間ゲル化温度まで該含浸した多孔性基質を加熱して、有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｄ）硬化時間の間硬化温度まで該有機ゲル／多孔性基質複合体を加熱して、該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体を形成する工程；
（ｅ）該硬化した有機ゲル／多孔性基質複合体から（ｆｏｒｍ）少なくとも該水の１部分を除去して、低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を形成する工程；および
（ｆ）熱分解温度で該低密度オープンセル有機発泡体／多孔性基質複合体を熱分解して、該低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体を形成する工程、
を含む、方法。
５６．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５７．前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、項目５５に記載の方法。
５８．前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、項目５５から５７のいずれか１項に記載の方法。
５９．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が加熱する工程を包含する、項目５５から５８のいずれか１項に記載の方法。
６０．前記少なくとも前記水の１部分を除去する工程が水をエバポレーションする工程を包含する、項目５５から５９のいずれか１項に記載の方法。
６１．前記基質が、ブロック、シート、スレッド、フィラメント、チューブ、紙、メンブレン、フェルト、網状発泡体および織物からなる群から選択される形状を有する、項目５５から６０のいずれか１項に記載の方法。
６２．項目５５から６１のいずれか１項に記載の方法により形成される低密度オープンセル炭素発泡体／炭素基質複合体。
６３．２００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６４．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から１０００ｍ２／ｇの表面積および５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布により特徴付けられる低密度オープンセル有機発泡体。
６５．前記発泡体が有機ゲルからの少なくとも水の部分的エバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目６３または項目６４に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６６．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目６３から６５のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６７．約１０から約５０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６６のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６８．約１０から約２５ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目６３から６７のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
６９．前記発泡体がオレンジから深い赤に着色される、項目６３から６８のいずれか１項に記載の低密度オープンセル有機発泡体。
７０．２００から１２００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７１．３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度、２００から８００ｍ２／ｇの表面積、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布および１０から８０Ｆ／ｇの静電容量により特徴付けられる低密度オープンセル炭素発泡体。
７２．前記低密度オープンセル炭素発泡体が低密度オープンセル有機発泡体の熱分解により形成され、該低密度オープンセル有機発泡体が有機ゲルの少なくとも水の一部のエバポレート除去により形成され、該有機ゲルが１つ以上の触媒および水の存在下での１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物および１つ以上のアルデヒドの反応により形成される、項目７０または項目７１に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７３．前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールであり、そして前記アルデヒドがホルムアルデヒドである、項目７０から７２のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
７４．１０から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布によりさらに特徴付けられる、項目７０から７３のいずれか１項に記載の低密度オープンセル炭素発泡体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、該方法は以下の工程： （ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
【請求項２】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、５０％以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
（ｃ）乾燥時間の間乾燥温度でかつ乾燥圧力で前記有機ゲルを空気乾燥して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程
をさらに包含する、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記乾燥温度が５０から１５０℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記乾燥温度が６０から１５０℃である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記乾燥圧力が約０．５から２．５ａｔｍである、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記乾燥時間が６〜４８時間である、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程を包含する請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法であって、該低密度オープンセル有機発泡体が、３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度および２００から１０００ｍ２／ｇの表面積を有する、方法。
【請求項１２】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項６から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、７から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、１０から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、１０から２５ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記有機ゲルが、１００ｎｍを越えない粒子および細孔のサイズを有する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
（ｄ）前記低密度オープンセル有機発泡体を熱分解温度で熱分解して、前記低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程
をさらに包含する、請求項６から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記炭素発泡体が、５から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法により得ることができる生成物。
【請求項１】
方法であって、該方法は以下の工程： （ａ）１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物、１つ以上のアルデヒド、１つ以上の触媒および水を含有する反応混合物を形成する工程；ここで該反応混合物中の該アルデヒドに対する該ヒドロキシル化ベンゼン化合物のモル比（Ｒ／Ｃ）が約２０００より大きい；および
（ｂ）該反応混合物を加熱して、該有機ゲルを形成する工程、
を含む、方法。
【請求項２】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、２０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、３０％から８０％ｗ／ｖ（容量に対する重量）の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上のヒドロキシル化ベンゼン化合物がレゾルシノールを包含し、そして前記１つ以上のアルデヒドがホルムアルデヒドを包含する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記形成する工程において、前記反応混合物の全容量に対する該反応混合物中の前記ヒドロキシル化ベンゼン化合物および前記アルデヒドの重量（Ｒ）が、５０％以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
（ｃ）乾燥時間の間乾燥温度でかつ乾燥圧力で前記有機ゲルを空気乾燥して、低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程
をさらに包含する、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記乾燥温度が５０から１５０℃である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記乾燥温度が６０から１５０℃である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記乾燥圧力が約０．５から２．５ａｔｍである、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記乾燥時間が６〜４８時間である、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
低密度オープンセル有機発泡体を形成する工程を包含する請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法であって、該低密度オープンセル有機発泡体が、３００から９００ｍｇ／ｃｍ３の密度および２００から１０００ｍ２／ｇの表面積を有する、方法。
【請求項１２】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、５から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項６から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、７から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、１０から５０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記低密度オープンセル有機発泡体が、１０から２５ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記有機ゲルが、１００ｎｍを越えない粒子および細孔のサイズを有する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
（ｄ）前記低密度オープンセル有機発泡体を熱分解温度で熱分解して、前記低密度オープンセル炭素発泡体を形成する工程
をさらに包含する、請求項６から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記炭素発泡体が、５から２０ｎｍの中間細孔サイズ分布を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法により得ることができる生成物。
【公開番号】特開２００９−８４５８４（Ｐ２００９−８４５８４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３７０（Ｐ２００９−１７３７０）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【分割の表示】特願平１１−５０７４０５の分割
【原出願日】平成１０年７月２日（１９９８．７．２）
【出願人】（５０９００４４７９）オシラス， インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【分割の表示】特願平１１−５０７４０５の分割
【原出願日】平成１０年７月２日（１９９８．７．２）
【出願人】（５０９００４４７９）オシラス， インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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