בהשראת הגמישות והקשיחות של קורי משי עכביש טבעיים, צוות מחקר בראשות פרופ' YU Shuhong מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC) פיתח שיטה פשוטה וכללית לייצור אירוג'לים של פחמן קשיח סופר-אלסטי ועמיד לעייפות עם ננו-סיביים. מבנה רשת באמצעות שרף resorcinol-formaldehyde כמקור פחמן קשה.

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.

הפילמור של מונומרים שרף הוחל בנוכחות ננו-סיבי כתבניות מבניות להכנת הידרוג'ל עם רשתות ננו-סיביות, ולאחר מכן ייבוש ופירוליזה כדי לקבל אירוג'ל פחמן קשה. במהלך הפילמור, המונומרים מטילים על תבניות ומרתכים את חיבורי הסיבים-סיביים, ומשאירים מבנה רשת אקראי עם מפרקים חזקים ומסיביים. יתר על כן, ניתן לשלוט במאפיינים פיזיקליים (כגון קטרים ​​של ננו-סיביים, צפיפות של אירוג'לים ותכונות מכניות) על ידי כוונון פשוט של תבניות וכמות חומרי הגלם.

בשל ננו-סיבי הפחמן הקשים ושפע המפרקים המרותכים בין הננו-סיביים, האירוג'לים הפחמנים הקשיחים מציגים ביצועים מכניים חזקים ויציבים, כולל סופר אלסטיות, חוזק גבוה, מהירות התאוששות מהירה במיוחד (860 מ"מ s-1) ומקדם אובדן אנרגיה נמוך ( <0.16). לאחר בדיקה במתח של 50% במשך 104 מחזורים, הג'ל פחמן מראה רק 2% דפורמציה פלסטית, ושמר על 93% מתח מקורי.

הג'ל הפחמן הקשיח יכול לשמור על גמישות העל בתנאים קשים, כמו בחנקן נוזלי. בהתבסס על המאפיינים המכניים המרתקים, ג'ל אוויר פחמן קשיח זה יש הבטחה ביישום חיישני מתח בעלי יציבות גבוהה וטווח גילוי רחב (50 KPa), כמו גם מוליכים ניתנים למתיחה או לכיפוף. גישה זו טומנת בחובה הבטחה להרחיב לייצור ננו-סיביים מרוכבים אחרים שאינם מבוססי פחמן ומספקת דרך מבטיחה להפוך חומרים קשיחים לחומרים אלסטיים או גמישים על ידי תכנון המיקרו-מבנים הננו-סיביים.