Inspirat per la flexibilitat i la rigidesa de les teles de seda d'aranya natural, un equip d'investigació dirigit pel professor YU Shuhong de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC) va desenvolupar un mètode senzill i general per fabricar aerogels de carboni dur superelàstics i resistents a la fatiga amb nanofibrosos. estructura de xarxa mitjançant l'ús de resina de resorcinol-formaldehid com a font de carboni dur.

En les últimes dècades, els aerogels de carboni s'han explorat àmpliament mitjançant l'ús de carbonis grafitics i carbonis tous, que mostren avantatges en la superelasticitat. Aquests aerogels elàstics solen tenir microestructures delicades amb una bona resistència a la fatiga però una força ultra baixa. Els carbonis durs mostren grans avantatges en la resistència mecànica i l'estabilitat estructural a causa de l'estructura turbostràtica "house of cards" induïda per sp3 C. No obstant això, la rigidesa i la fragilitat impedeixen clarament la superelasticitat amb els carbonis durs. Fins ara, encara és un repte fabricar aerogels de carboni dur superelàstics.

La polimerització de monòmers de resines es va iniciar en presència de nanofibres com a plantilles estructurals per preparar un hidrogel amb xarxes nanofibroses, seguida de l'assecat i la piròlisi per obtenir aerogel de carboni dur. Durant la polimerització, els monòmers es dipositen a les plantilles i solden les juntes fibra-fibra, deixant una estructura de xarxa aleatòria amb juntes massives i robustes. A més, les propietats físiques (com ara els diàmetres de la nanofibra, la densitat dels aerogels i les propietats mecàniques) es poden controlar simplement ajustant les plantilles i la quantitat de matèries primeres.

A causa de les nanofibres de carboni dures i les abundants juntes soldades entre les nanofibres, els aerogels de carboni dur mostren uns rendiments mecànics robusts i estables, incloent superelasticitat, alta resistència, velocitat de recuperació extremadament ràpida (860 mm s-1) i baix coeficient de pèrdua d'energia ( <0,16). Després de provar amb un 50% de tensió durant 104 cicles, l'aerogel de carboni mostra només un 2% de deformació plàstica i va retenir un 93% de tensió original.

L'aerogel de carboni dur pot mantenir la super-elasticitat en condicions dures, com en nitrogen líquid. Basat en les fascinants propietats mecàniques, aquest aerogel de carboni dur té una promesa en l'aplicació de sensors d'estrès amb alta estabilitat i ampli rang detectiu (50 KPa), així com conductors estirables o flexibles. Aquest enfocament promet ampliar-se per fer altres nanofibres compostes no basades en carboni i proporciona una manera prometedora de transformar materials rígids en materials elàstics o flexibles mitjançant el disseny de microestructures nanofibroses.