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.

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.

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.