중국 과학기술대학교(USTC)의 YU Shuhong 교수가 이끄는 연구팀은 천연 거미줄의 유연성과 견고함에서 영감을 받아 나노섬유를 사용하여 초탄성 및 피로 저항성 경질 탄소 에어로겔을 제조하는 간단하고 일반적인 방법을 개발했습니다. 레조르시놀-포름알데히드 수지를 경질탄소원으로 사용하여 네트워크 구조를 이루고 있습니다.

최근 수십 년 동안 탄소 에어로겔은 초탄성의 장점을 나타내는 흑연 탄소와 연질 탄소를 사용하여 널리 연구되었습니다. 이러한 탄성 에어로겔은 일반적으로 피로 저항성이 우수하지만 강도가 매우 낮은 섬세한 미세 구조를 가지고 있습니다. 경질 탄소는 sp3 C로 유도된 터보층 "하우스 오브 카드(house-of-card)" 구조로 인해 기계적 강도와 구조적 안정성에서 큰 이점을 보여줍니다. 그러나 강성과 취약성은 단단한 탄소로 초탄성을 달성하는 데 분명히 방해가 됩니다. 현재까지 초탄성 경질 탄소 기반 에어로겔을 제작하는 것은 여전히 ​​​​어려운 과제입니다.

수지 단량체의 중합은 구조적 주형인 나노섬유의 존재 하에서 시작되어 나노섬유 네트워크를 갖는 하이드로겔을 제조한 후 건조 및 열분해를 거쳐 단단한 탄소 에어로겔을 얻었습니다. 중합 중에 모노머는 템플릿에 침전되고 섬유-섬유 조인트를 용접하여 거대하고 견고한 조인트가 있는 무작위 네트워크 구조를 남깁니다. 또한, 단순히 템플릿과 원료의 양을 조정함으로써 물리적 특성(나노섬유의 직경, 에어로겔의 밀도, 기계적 특성 등)을 제어할 수 있습니다.

경질 탄소 나노섬유와 나노섬유 사이의 풍부한 용접 접합으로 인해 경질 탄소 에어로겔은 초탄성, 고강도, 매우 빠른 회복 속도(860 mm s-1) 및 낮은 에너지 손실 계수( <0.16). 104주기 동안 50% 변형률에서 테스트한 후 탄소 에어로겔은 단지 2%의 소성 변형을 보였고 93%의 원래 응력을 유지했습니다.

하드카본 에어로겔은 액체질소 등 가혹한 조건에서도 초탄성을 유지할 수 있다. 매혹적인 기계적 특성을 기반으로 하는 이 경질 탄소 에어로겔은 높은 안정성과 넓은 감지 범위(50KPa)를 갖춘 응력 센서는 물론 신축성 또는 구부릴 수 있는 도체의 응용 분야에 유망합니다. 이 접근법은 다른 비탄소 기반 복합 나노섬유를 만들기 위해 확장될 가능성이 있으며 나노섬유 미세구조를 설계함으로써 단단한 재료를 탄성 또는 유연한 재료로 변환하는 유망한 방법을 제공합니다.