Inspirado pela flexibilidade e rigidez das teias de seda de aranha natural, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. YU Shuhong da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) desenvolveu um método simples e geral para fabricar aerogéis de carbono duro superelásticos e resistentes à fadiga com nanofibrosos. estrutura de rede usando resina resorcinol-formaldeído como fonte de carbono duro.

Nas últimas décadas, aerogéis de carbono têm sido amplamente explorados utilizando carbonos grafíticos e carbonos macios, que apresentam vantagens na superelasticidade. Esses aerogéis elásticos geralmente possuem microestruturas delicadas com boa resistência à fadiga, mas resistência ultrabaixa. Os carbonos duros apresentam grandes vantagens em resistência mecânica e estabilidade estrutural devido à estrutura de “castelo de cartas” turboestrática induzida por sp3 C. No entanto, a rigidez e a fragilidade claramente atrapalham a obtenção da superelasticidade com carbonos duros. Até agora, ainda é um desafio fabricar aerogéis superelásticos à base de carbono duro.

A polimerização dos monômeros resinosos foi iniciada na presença de nanofibras como moldes estruturais para preparar um hidrogel com redes nanofibrosas, seguida da secagem e pirólise para obtenção do aerogel de carbono duro. Durante a polimerização, os monômeros se depositam em moldes e soldam as juntas fibra-fibra, deixando uma estrutura de rede aleatória com juntas maciças e robustas. Além disso, as propriedades físicas (como diâmetros de nanofibras, densidades de aerogéis e propriedades mecânicas) podem ser controladas simplesmente ajustando modelos e a quantidade de matérias-primas.

Devido às nanofibras de carbono duro e às abundantes juntas soldadas entre as nanofibras, os aerogéis de carbono duro apresentam desempenhos mecânicos robustos e estáveis, incluindo superelasticidade, alta resistência, velocidade de recuperação extremamente rápida (860 mm s-1) e baixo coeficiente de perda de energia. <0,16). Depois de testado sob tensão de 50% durante 104 ciclos, o aerogel de carbono apresenta apenas 2% de deformação plástica e reteve 93% da tensão original.

O aerogel de carbono duro pode manter a superelasticidade em condições adversas, como no nitrogênio líquido. Com base nas fascinantes propriedades mecânicas, este aerogel de carbono duro é promissor na aplicação de sensores de tensão com alta estabilidade e amplo alcance de detecção (50 KPa), bem como em condutores extensíveis ou dobráveis. Esta abordagem promete ser estendida para produzir outras nanofibras compostas sem base de carbono e fornece uma maneira promissora de transformar materiais rígidos em materiais elásticos ou flexíveis, projetando microestruturas nanofibrosas.