Výzkumný tým pod vedením Prof. YU Shuhong z University of Science and Technology of China (USTC), inspirovaný flexibilitou a tuhostí přírodních pavučinových hedvábných sítí, vyvinul jednoduchou a obecnou metodu výroby superelastických a únavě odolných tvrdých uhlíkových aerogelů s nanovlákennými síťová struktura použitím resorcinol-formaldehydové pryskyřice jako zdroje tvrdého uhlíku.

V posledních desetiletích byly uhlíkové aerogely široce zkoumány pomocí grafitických uhlíků a měkkých uhlíků, které vykazují výhody v superelasticitě. Tyto elastické aerogely mají obvykle jemné mikrostruktury s dobrou odolností proti únavě, ale ultranízkou pevností. Tvrdé uhlíky vykazují velké výhody v mechanické pevnosti a strukturální stabilitě díky sp3 C-indukované turbostratické struktuře „domeček z karet“. Tuhost a křehkost však jednoznačně překáží dosažení superelasticity u tvrdých uhlíků. Doposud je stále výzvou vyrábět superelastické tvrdé aerogely na bázi uhlíku.

Polymerace pryskyřičných monomerů byla zahájena v přítomnosti nanovláken jako strukturních templátů pro přípravu hydrogelu s nanovlákennými sítěmi, následovalo sušení a pyrolýza za získání tvrdého uhlíkového aerogelu. Během polymerace se monomery ukládají na šablony a svařují spoje vláken a vláken, přičemž zanechávají náhodnou síťovou strukturu s masivními robustními spoji. Fyzikální vlastnosti (jako jsou průměry nanovláken, hustoty aerogelů a mechanické vlastnosti) lze navíc ovládat jednoduchým vyladěním šablon a množstvím surovin.

Díky tvrdým uhlíkovým nanovlákenům a hojným svarovým spojům mezi nanovlákny vykazují aerogely z tvrdého uhlíku robustní a stabilní mechanické vlastnosti, včetně superelasticity, vysoké pevnosti, extrémně rychlé obnovovací rychlosti (860 mm s-1) a nízkého koeficientu ztráty energie ( <0,16). Po zkoušce při 50 % deformaci po 104 cyklů vykazuje uhlíkový aerogel pouze 2 % plastickou deformaci a zachoval si 93 % původního napětí.

Tvrdý uhlíkový aerogel dokáže udržet superelasticitu v drsných podmínkách, jako je kapalný dusík. Na základě fascinujících mechanických vlastností je tento tvrdý uhlíkový aerogel příslibem při použití senzorů napětí s vysokou stabilitou a širokým detekčním rozsahem (50 kPa), stejně jako roztažitelných nebo ohebných vodičů. Tento přístup je příslibem rozšíření na výrobu dalších kompozitních nanovláken bez uhlíku a poskytuje slibný způsob přeměny tuhých materiálů na elastické nebo flexibilní materiály navržením nanovlákenných mikrostruktur.