Inspirată de flexibilitatea și rigiditatea pânzelor naturale de mătase de păianjen, o echipă de cercetare condusă de prof. YU Shuhong de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) a dezvoltat o metodă simplă și generală de fabricare a aerogelurilor de carbon dur superelastice și rezistente la oboseală cu nanofibroși. structura rețelei prin utilizarea rășinii resorcinol-formaldehidă ca sursă de carbon dur.

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.

Polimerizarea monomerilor de rășină a fost inițiată în prezența nanofibrelor ca șabloane structurale pentru a prepara un hidrogel cu rețele nanofibroase, urmată de uscare și piroliză pentru a obține aerogel de carbon dur. În timpul polimerizării, monomerii se depun pe șabloane și sudează îmbinările fibră-fibră, lăsând o structură de rețea aleatorie cu îmbinări masive robuste. Mai mult, proprietățile fizice (cum ar fi diametrele nanofibrelor, densitățile aerogelurilor și proprietățile mecanice) pot fi controlate prin simpla reglare a șabloanelor și a cantității de materii prime.

Datorită nanofibrelor dure de carbon și îmbinărilor sudate abundente dintre nanofibre, aerogelurile de carbon dur prezintă performanțe mecanice robuste și stabile, inclusiv super-elasticitate, rezistență ridicată, viteză de recuperare extrem de rapidă (860 mm s-1) și coeficient scăzut de pierdere de energie ( <0,16). După ce a fost testat sub presiune de 50% timp de 104 cicluri, aerogelul de carbon prezintă doar 2% deformare plastică și a păstrat 93% tensiunea inițială.

Aerogelul de carbon dur poate menține super-elasticitatea în condiții dure, cum ar fi în azot lichid. Bazat pe proprietățile mecanice fascinante, acest aerogel din carbon dur este promițător în aplicarea senzorilor de stres cu stabilitate ridicată și gamă largă de detectie (50 KPa), precum și conductori extensibili sau îndoibili. Această abordare promite să fie extinsă pentru a produce alte nanofibre compozite fără carbon și oferă o modalitate promițătoare de transformare a materialelor rigide în materiale elastice sau flexibile prin proiectarea microstructurilor nanofibroase.