Inspirándose en la flexibilidad y rigidez de las telas de araña naturales, un equipo de investigación dirigido por el Prof. YU Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) desarrolló un método simple y general para fabricar aerogeles de carbono duro superelásticos y resistentes a la fatiga con nanofibras. estructura de red mediante el uso de resina de resorcinol-formaldehído como fuente de carbono duro.

En las últimas décadas, los aerogeles de carbono se han explorado ampliamente mediante el uso de carbonos grafíticos y carbonos blandos, que muestran ventajas en cuanto a superelasticidad. Estos aerogeles elásticos suelen tener microestructuras delicadas con buena resistencia a la fatiga pero resistencia ultrabaja. Los carbones duros muestran grandes ventajas en resistencia mecánica y estabilidad estructural debido a la estructura turboestrática de "castillo de naipes" inducida por sp3 C. Sin embargo, la rigidez y la fragilidad claramente obstaculizan el logro de la superelasticidad con carbonos duros. Hasta ahora, sigue siendo un desafío fabricar aerogeles superelásticos a base de carbono duro.

La polimerización de monómeros de resina se inició en presencia de nanofibras como plantillas estructurales para preparar un hidrogel con redes nanofibrosas, seguida del secado y pirólisis para obtener un aerogel de carbono duro. Durante la polimerización, los monómeros se depositan en plantillas y sueldan las uniones fibra-fibra, dejando una estructura de red aleatoria con uniones masivas y robustas. Además, las propiedades físicas (como los diámetros de las nanofibras, las densidades de los aerogeles y las propiedades mecánicas) se pueden controlar simplemente ajustando las plantillas y la cantidad de materias primas.

Debido a las nanofibras de carbono duras y las abundantes uniones soldadas entre las nanofibras, los aerogeles de carbono duro muestran rendimientos mecánicos robustos y estables, que incluyen superelasticidad, alta resistencia, velocidad de recuperación extremadamente rápida (860 mm s-1) y bajo coeficiente de pérdida de energía ( <0,16). Después de probarlo bajo una tensión del 50 % durante 104 ciclos, el aerogel de carbono muestra solo un 2 % de deformación plástica y retuvo el 93 % de la tensión original.

El aerogel de carbono duro puede mantener la superelasticidad en condiciones duras, como en nitrógeno líquido. Basado en sus fascinantes propiedades mecánicas, este aerogel de carbono duro es prometedor en la aplicación de sensores de tensión con alta estabilidad y amplio rango de detección (50 KPa), así como en conductores estirables o flexibles. Este enfoque promete ampliarse para fabricar otras nanofibras compuestas sin base de carbono y proporciona una forma prometedora de transformar materiales rígidos en materiales elásticos o flexibles mediante el diseño de microestructuras nanofibrosas.