Inspiriran fleksibilnošću i krutošću prirodne paukove svile, istraživački tim predvođen prof. YU Shuhongom sa Univerziteta za nauku i tehnologiju Kine (USTC) razvio je jednostavnu i opštu metodu za proizvodnju superelastičnih i na umor otpornih tvrdih ugljičnih aerogela sa nanofibroznim vlaknima. mrežnu strukturu korištenjem resorcinol-formaldehidne smole kao izvora tvrdog ugljika.

Posljednjih desetljeća, karbonski aerogelovi su široko istraženi korištenjem grafitnih ugljika i mekih ugljika, koji pokazuju prednosti u superelastičnosti. Ovi elastični aerogelovi obično imaju delikatnu mikrostrukturu sa dobrom otpornošću na zamor, ali ultraniskom čvrstoćom. Tvrdi ugljik pokazuju velike prednosti u mehaničkoj čvrstoći i strukturnoj stabilnosti zbog sp3 C-indukovane turbostratične strukture „kuće od karata“. Međutim, krutost i krhkost jasno smetaju postizanju superelastičnosti s tvrdim ugljikom. Do sada je još uvijek izazov proizvesti superelastične aerogele na bazi tvrdog ugljika.

Polimerizacija monomera smole započeta je u prisustvu nanovlakna kao strukturnih šablona za pripremu hidrogela sa nanovlaknastim mrežama, nakon čega je usledilo sušenje i piroliza da bi se dobio aerogel od tvrdog ugljenika. Tokom polimerizacije, monomeri se talože na šablonima i zavaruju spojeve vlakana i vlakana, ostavljajući nasumične mrežne strukture sa masivnim robusnim spojevima. Štaviše, fizička svojstva (kao što su prečnici nanovlakna, gustine aerogela i mehanička svojstva) mogu se kontrolisati jednostavnim podešavanjem šablona i količine sirovina.

Zbog tvrdih ugljičnih nanovlakna i obilnih zavarenih spojeva među nanovlaknima, tvrdi ugljični aerogeli pokazuju robusne i stabilne mehaničke performanse, uključujući superelastičnost, veliku čvrstoću, izuzetno brzu brzinu oporavka (860 mm s-1) i nizak koeficijent gubitka energije ( <0,16). Nakon testiranja pod naprezanjem od 50 % tokom 104 ciklusa, karbonski aerogel pokazuje samo 2 % plastične deformacije i zadržao je 93 % prvobitnog naprezanja.

Aerogel od tvrdog ugljenika može održati superelastičnost u teškim uslovima, kao što je tečni azot. Na osnovu fascinantnih mehaničkih svojstava, ovaj aerogel od tvrdog ugljenika obećava u primeni senzora naprezanja sa visokom stabilnošću i širokim detektivnim opsegom (50 KPa), kao i rastezljivim ili savitljivim provodnicima. Ovaj pristup obećava da će biti proširen kako bi se napravila druga kompozitna nanovlakna koja nisu bazirana na ugljiku i pruža obećavajući način transformacije krutih materijala u elastične ili fleksibilne materijale dizajnom nanovlaknastih mikrostruktura.