Geïnspireerd door de flexibiliteit en stijfheid van natuurlijke spinnenwebben, heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. YU Shuhong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) een eenvoudige en algemene methode ontwikkeld om superelastische en vermoeidheidsbestendige harde koolstof-aerogels met nanovezels te vervaardigen. netwerkstructuur door gebruik te maken van resorcinol-formaldehydehars als harde koolstofbron.

In de afgelopen decennia zijn koolstofaerogels op grote schaal onderzocht door gebruik te maken van grafietkoolstoffen en zachte koolstofatomen, die voordelen vertonen op het gebied van superelasticiteit. Deze elastische aerogels hebben meestal delicate microstructuren met een goede weerstand tegen vermoeidheid, maar een ultralage sterkte. Harde koolstoffen vertonen grote voordelen op het gebied van mechanische sterkte en structurele stabiliteit dankzij de sp3 C-geïnduceerde turbostratische “kaartenhuis”-structuur. De stijfheid en kwetsbaarheid staan ​​echter duidelijk het bereiken van superelasticiteit met harde koolstoffen in de weg. Tot nu toe is het nog steeds een uitdaging om superelastische aerogels op basis van harde koolstof te vervaardigen.

De polymerisatie van harsmonomeren werd geïnitieerd in de aanwezigheid van nanovezels als structurele sjablonen om een ​​hydrogel met nanovezelnetwerken te bereiden, gevolgd door het drogen en pyrolyse om harde koolstof-aerogel te verkrijgen. Tijdens de polymerisatie zetten de monomeren zich af op sjablonen en lassen de vezel-vezelverbindingen, waardoor een willekeurige netwerkstructuur overblijft met massieve, robuuste verbindingen. Bovendien kunnen fysieke eigenschappen (zoals diameters van nanovezels, dichtheden van aerogels en mechanische eigenschappen) worden gecontroleerd door simpelweg de sjablonen en de hoeveelheid grondstoffen af ​​te stemmen.

Dankzij de harde koolstofnanovezels en de overvloedige lasverbindingen tussen de nanovezels vertonen de harde koolstofaerogels robuuste en stabiele mechanische prestaties, waaronder superelasticiteit, hoge sterkte, extreem snelle herstelsnelheid (860 mm s-1) en een lage energieverliescoëfficiënt ( <0,16). Na 104 cycli getest te zijn onder een spanning van 50%, vertoont de koolstof-aerogel slechts 2% plastische vervorming en behoudt hij 93% oorspronkelijke spanning.

De harde koolstofaerogel kan de superelasticiteit behouden onder zware omstandigheden, zoals in vloeibare stikstof. Gebaseerd op de fascinerende mechanische eigenschappen, is deze aerogel van harde koolstof veelbelovend in de toepassing van spanningssensoren met hoge stabiliteit en een groot detectiebereik (50 KPa), evenals rekbare of buigbare geleiders. Deze aanpak belooft te worden uitgebreid naar andere niet-koolstofgebaseerde composiet nanovezels en biedt een veelbelovende manier om stijve materialen om te zetten in elastische of flexibele materialen door de nanovezelachtige microstructuren te ontwerpen.