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.

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.

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.