Inspirée par la flexibilité et la rigidité des toiles d'araignées naturelles, une équipe de recherche dirigée par le professeur YU Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a développé une méthode simple et générale pour fabriquer des aérogels de carbone dur superélastiques et résistants à la fatigue avec des nanofibres. structure du réseau en utilisant une résine résorcinol-formaldéhyde comme source de carbone dur.

Au cours des dernières décennies, les aérogels de carbone ont été largement explorés en utilisant des carbones graphitiques et des carbones mous, qui présentent des avantages en termes de superélasticité. Ces aérogels élastiques ont généralement des microstructures délicates avec une bonne résistance à la fatigue mais une résistance ultra faible. Les carbones durs présentent de grands avantages en termes de résistance mécanique et de stabilité structurelle en raison de la structure du « château de cartes » turbostratique induite par sp3 C. Cependant, la rigidité et la fragilité font clairement obstacle à l'obtention d'une superélasticité avec des carbones durs. Jusqu’à présent, la fabrication d’aérogels superélastiques à base de carbone dur reste un défi.

La polymérisation des monomères de résine a été initiée en présence de nanofibres comme modèles structurels pour préparer un hydrogel avec des réseaux nanofibreux, suivie du séchage et de la pyrolyse pour obtenir un aérogel de carbone dur. Lors de la polymérisation, les monomères se déposent sur des gabarits et soudent les joints fibre-fibre, laissant une structure de réseau aléatoire avec des joints massifs et robustes. De plus, les propriétés physiques (telles que les diamètres des nanofibres, les densités des aérogels et les propriétés mécaniques) peuvent être contrôlées par un simple réglage des modèles et de la quantité de matières premières.

En raison des nanofibres de carbone dur et des nombreux joints soudés entre les nanofibres, les aérogels de carbone dur présentent des performances mécaniques robustes et stables, notamment une super-élasticité, une résistance élevée, une vitesse de récupération extrêmement rapide (860 mm s-1) et un faible coefficient de perte d'énergie ( <0,16). Après avoir été testé sous une contrainte de 50 % pendant 104 cycles, l'aérogel de carbone ne présente que 2 % de déformation plastique et conserve 93 % de contrainte d'origine.

L'aérogel de carbone dur peut maintenir la super-élasticité dans des conditions difficiles, comme dans l'azote liquide. Basé sur des propriétés mécaniques fascinantes, cet aérogel de carbone dur est prometteur dans l'application de capteurs de contrainte dotés d'une stabilité élevée et d'une large plage de détection (50 KPa), ainsi que de conducteurs étirables ou pliables. Cette approche est prometteuse d'être étendue à la fabrication d'autres nanofibres composites sans carbone et constitue un moyen prometteur de transformer des matériaux rigides en matériaux élastiques ou flexibles en concevant des microstructures nanofibreuses.