Terinspirasi oleh fleksibilitas dan kekakuan jaring sutra laba-laba alami, tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. YU Shuhong dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC) mengembangkan metode sederhana dan umum untuk membuat aerogel karbon keras superelastis dan tahan lelah dengan nanofibrous. struktur jaringan dengan menggunakan resin resorsinol-formaldehida sebagai sumber karbon keras.

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.

Polimerisasi monomer resin dimulai dengan adanya nanofiber sebagai templat struktural untuk membuat hidrogel dengan jaringan nanofibro, dilanjutkan dengan pengeringan dan pirolisis untuk mendapatkan karbon aerogel keras. Selama polimerisasi, monomer mengendap pada cetakan dan mengelas sambungan serat-serat, meninggalkan struktur jaringan acak dengan sambungan yang sangat kuat. Selain itu, sifat fisik (seperti diameter nanofiber, kepadatan aerogel, dan sifat mekanik) dapat dikontrol hanya dengan menyetel templat dan jumlah bahan mentah.

Karena nanofiber karbon keras dan sambungan las yang berlimpah di antara nanofiber, aerogel karbon keras menampilkan kinerja mekanik yang kuat dan stabil, termasuk super-elastisitas, kekuatan tinggi, kecepatan pemulihan yang sangat cepat (860 mm S-1) dan koefisien kehilangan energi rendah ( <0,16). Setelah diuji dengan regangan 50 % selama 104 siklus, aerogel karbon hanya menunjukkan 2 % deformasi plastis, dan mempertahankan 93 % tegangan aslinya.

Aerogel karbon keras dapat mempertahankan super-elastisitas dalam kondisi yang keras, seperti pada nitrogen cair. Berdasarkan sifat mekaniknya yang menarik, aerogel karbon keras ini menjanjikan penerapan sensor tegangan dengan stabilitas tinggi dan jangkauan deteksi lebar (50 KPa), serta konduktor yang dapat diregangkan atau ditekuk. Pendekatan ini menjanjikan untuk diperluas untuk membuat serat nano komposit berbasis non-karbon lainnya dan memberikan cara yang menjanjikan untuk mengubah bahan kaku menjadi bahan elastis atau fleksibel dengan merancang struktur mikro nanofibro.