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.
בעשורים האחרונים, אירוג'לים של פחמן נחקרו בהרחבה על ידי שימוש בפחמנים גרפיים ופחמנים רכים, המראים יתרונות בגמישות על. לאירוגלים אלסטיים אלה בדרך כלל יש מבנים מיקרו עדינים עם עמידות טובה לעייפות אך חוזק נמוך במיוחד. פחמנים קשים מראים יתרונות גדולים בחוזק מכני וביציבות מבנית בשל מבנה "בית הקלפים" הטורבוסטרטי המושרה על ידי sp3. עם זאת, הקשיחות והשבריריות מפריעות בבירור להשגת גמישות על עם פחמנים קשים. עד כה, זה עדיין אתגר לייצר אירוג'לים סופר-אלסטיים על בסיס פחמן.
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.
Post time: Mar-13-2020
