Εμπνευσμένη από την ευελιξία και την ακαμψία των φυσικών μεταξωτών ιστών αράχνης, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή YU Shuhong από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) ανέπτυξε μια απλή και γενική μέθοδο για την κατασκευή υπερελαστικών και ανθεκτικών στην κόπωση αερογέλη σκληρού άνθρακα με νανοϊνώδη δομή δικτύου χρησιμοποιώντας ρητίνη ρεσορκινόλης-φορμαλδεΰδης ως πηγή σκληρού άνθρακα.

In recent decades, carbon aerogels have been widely explored by using graphitic carbons and soft carbons, which show advantages in superelasticity. These elastic aerogels usually have delicate microstructures with good fatigue resistance but ultralow strength. Hard carbons show great advantages in mechanical strength and structural stability due to the sp3 C-induced turbostratic “house-of-cards” structure. However, the stiffness and fragility clearly get in the way of achieving superelasticity with hard carbons. Up to now, it is still a challenge to fabricate superelastic hard carbon-based aerogels.

Ο πολυμερισμός των μονομερών ρητίνης ξεκίνησε παρουσία νανοϊνών ως δομικών προτύπων για την παρασκευή μιας υδρογέλης με νανοϊνώδη δίκτυα, ακολουθούμενη από ξήρανση και πυρόλυση για τη λήψη αερογέλης σκληρού άνθρακα. Κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού, τα μονομερή εναποτίθενται σε εκμαγεία και συγκολλούν τις αρθρώσεις ινών-ινών, αφήνοντας μια τυχαία δομή δικτύου με ογκώδεις στιβαρούς αρμούς. Επιπλέον, οι φυσικές ιδιότητες (όπως οι διάμετροι των νανοϊνών, οι πυκνότητες των αεροπηκτών και οι μηχανικές ιδιότητες) μπορούν να ελεγχθούν με απλή ρύθμιση των προτύπων και της ποσότητας των πρώτων υλών.

Λόγω των σκληρών νανοϊνών άνθρακα και των άφθονων συγκολλημένων αρμών μεταξύ των νανοϊνών, τα αεροτζελ σκληρού άνθρακα εμφανίζουν στιβαρές και σταθερές μηχανικές επιδόσεις, όπως υπερελαστικότητα, υψηλή αντοχή, εξαιρετικά γρήγορη ταχύτητα ανάκτησης (860 mm s-1) και χαμηλό συντελεστή απώλειας ενέργειας ( <0,16). Μετά από δοκιμή υπό καταπόνηση 50% για 104 κύκλους, η αερογέλη άνθρακα παρουσιάζει πλαστική παραμόρφωση μόνο 2% και διατήρησε 93% την αρχική τάση.

Το αεροτζέλ σκληρού άνθρακα μπορεί να διατηρήσει την υπερ-ελαστικότητα σε σκληρές συνθήκες, όπως στο υγρό άζωτο. Βασισμένο στις συναρπαστικές μηχανικές ιδιότητες, αυτό το αεροτζέλ από σκληρό άνθρακα έχει υπόσχεση στην εφαρμογή αισθητήρων καταπόνησης με υψηλή σταθερότητα και μεγάλο εύρος ανίχνευσης (50 KPa), καθώς και ελαστικούς ή εύκαμπτους αγωγούς. Αυτή η προσέγγιση υπόσχεται να επεκταθεί για την κατασκευή άλλων σύνθετων νανοϊνών χωρίς άνθρακα και παρέχει έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο μετατροπής άκαμπτων υλικών σε ελαστικά ή εύκαμπτα υλικά σχεδιάζοντας τις νανοϊνώδεις μικροδομές.