A természetes pókhálók rugalmasságától és merevségétől ihletett kutatócsoport YU Shuhong professzor vezetésével a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemről (USTC) egy egyszerű és általános módszert dolgozott ki nanoszálas szuperelasztikus és fáradtságálló kemény szén aerogélek előállítására. rezorcin-formaldehid gyanta kemény szénforrásként történő felhasználásával.

Az elmúlt évtizedekben a szén aerogéleket széles körben kutatták grafitos szén és lágy szén felhasználásával, amelyek előnyöket mutatnak a szuperelaszticitás terén. Ezek az elasztikus aerogélek általában finom mikrostruktúrákkal rendelkeznek, jó fáradtságállósággal, de rendkívül alacsony szilárdsággal. A kemény szén nagy előnyöket mutat a mechanikai szilárdság és a szerkezeti stabilitás terén az sp3 C által kiváltott turbosztratikus „kártyaház” szerkezetnek köszönhetően. A merevség és a törékenység azonban egyértelműen akadályozza a szuperrugalmasság kemény szénekkel való elérését. A mai napig még mindig kihívást jelent szuperelasztikus, kemény szénalapú aerogélek gyártása.

A gyanta monomerek polimerizációját nanoszálak, mint szerkezeti sablonok jelenlétében indítottuk el, hogy nanoszálas hálózatokkal rendelkező hidrogélt készítsünk, majd a szárítást és a pirolízist kemény szén aerogél előállítására. A polimerizáció során a monomerek lerakódnak a sablonokra, és összehegesztik a szál-szálas kötéseket, így véletlenszerű hálózati struktúra jön létre masszív robusztus csatlakozásokkal. Ezenkívül a fizikai tulajdonságok (például a nanoszál átmérője, az aerogélek sűrűsége és a mechanikai tulajdonságok) a sablonok és a nyersanyagok mennyiségének egyszerű hangolásával szabályozhatók.

A kemény szén nanoszálak és a nanoszálak közötti bőséges hegesztési kötések miatt a kemény szén aerogélek robusztus és stabil mechanikai teljesítményt mutatnak, beleértve a szuperrugalmasságot, a nagy szilárdságot, a rendkívül gyors regenerációs sebességet (860 mm s-1) és az alacsony energiaveszteségi együtthatót ( <0,16). A 104 cikluson át tartó 50%-os igénybevétellel végzett tesztelés után a szénaerogélen csak 2%-os képlékeny alakváltozást mutat, és 93%-os eredeti feszültséget tartott meg.

A kemény szén aerogél megőrzi szuperrugalmasságát zord körülmények között is, például folyékony nitrogénben. Lenyűgöző mechanikai tulajdonságai alapján ez a kemény karbon aerogél ígéretes a nagy stabilitású és széles detektálási tartományban (50 KPa), valamint nyújtható vagy hajlítható vezetőkben. Ez a megközelítés más, nem szénalapú kompozit nanoszálak előállítására való kiterjesztését ígéri, és ígéretes módot kínál a merev anyagok rugalmas vagy rugalmas anyagokká alakítására a nanoszálas mikrostruktúrák tervezésével.