Inspirert av fleksibiliteten og stivheten til naturlige edderkoppsilkevev, utviklet et forskerteam ledet av prof. YU Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) en enkel og generell metode for å fremstille superelastiske og tretthetsbestandige aerogeler av hardt karbon med nanofibrøse nettverksstruktur ved å bruke resorcinol-formaldehyd-harpiks som en hard karbonkilde.

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.

Polymeriseringen av harpiksmonomerer ble initiert i nærvær av nanofibre som strukturmaler for å fremstille en hydrogel med nanofibrøse nettverk, etterfulgt av tørking og pyrolyse for å få hard karbon aerogel. Under polymerisering avsettes monomerene på maler og sveiser fiber-fiberskjøtene, og etterlater en tilfeldig nettverksstruktur med massive robuste skjøter. Dessuten kan fysiske egenskaper (som diametre av nanofiber, tettheter av aerogeler og mekaniske egenskaper) kontrolleres ved ganske enkelt å justere maler og mengden av råvarer.

På grunn av de harde karbon nanofibrene og rikelig med sveisede skjøter blant nanofibrene, viser de harde karbon aerogelene robuste og stabile mekaniske ytelser, inkludert superelastisitet, høy styrke, ekstremt rask gjenvinningshastighet (860 mm s-1) og lav energitapskoeffisient ( <0,16). Etter testing under 50 % belastning i 104 sykluser, viser karbon aerogelen kun 2 % plastisk deformasjon, og beholdt 93 % opprinnelig spenning.

Den harde karbon aerogelen kan opprettholde superelastisiteten under tøffe forhold, for eksempel i flytende nitrogen. Basert på de fascinerende mekaniske egenskapene, har denne harde karbon aerogelen lovende når det gjelder bruk av stresssensorer med høy stabilitet og bredt detektivområde (50 KPa), samt strekkbare eller bøybare ledere. Denne tilnærmingen lover å bli utvidet til å lage andre ikke-karbonbaserte komposittnanofibre og gir en lovende måte å transformere stive materialer til elastiske eller fleksible materialer ved å designe de nanofibrøse mikrostrukturene.