Inšpirovaný pružnosťou a tuhosťou prírodných pavučinových hodvábnych sietí, výskumný tím vedený profesorom YU Shuhongom z Čínskej univerzity vedy a techniky (USTC) vyvinul jednoduchú a všeobecnú metódu na výrobu superelastických a únave odolných tvrdých uhlíkových aerogélov s nanovlákennými vláknami. sieťová štruktúra použitím rezorcinol-formaldehydovej živice ako zdroja tvrdého uhlíka.

V posledných desaťročiach boli uhlíkové aerogély široko skúmané pomocou grafitických uhlíkov a mäkkých uhlíkov, ktoré vykazujú výhody v superelasticite. Tieto elastické aerogély majú zvyčajne jemné mikroštruktúry s dobrou odolnosťou proti únave, ale ultranízkou pevnosťou. Tvrdé uhlíky vykazujú veľké výhody v mechanickej pevnosti a štrukturálnej stabilite vďaka sp3 C-indukovanej turbostratickej štruktúre „domčekov z kariet“. Tuhosť a krehkosť však pri tvrdých uhlíkoch jednoznačne prekáža v dosiahnutí superelasticity. Doteraz je stále výzvou vyrábať superelastické tvrdé aerogély na báze uhlíka.

Polymerizácia živicových monomérov bola iniciovaná v prítomnosti nanovlákien ako štruktúrnych templátov na prípravu hydrogélu s nanovlákennými sieťami, po čom nasledovalo sušenie a pyrolýza, aby sa získal tvrdý uhlíkový aerogél. Počas polymerizácie sa monoméry ukladajú na šablóny a zvárajú spoje vlákna a vlákna, pričom zanechávajú náhodnú sieťovú štruktúru s masívnymi robustnými spojmi. Fyzikálne vlastnosti (ako sú priemery nanovlákien, hustoty aerogélov a mechanické vlastnosti) možno navyše kontrolovať jednoduchým ladením šablón a množstva surovín.

Vďaka tvrdým uhlíkovým nanovlákenám a množstvu zváraných spojov medzi nanovláknami vykazujú aerogély z tvrdého uhlíka robustné a stabilné mechanické vlastnosti vrátane superelasticity, vysokej pevnosti, extrémne rýchlej rýchlosti zotavenia (860 mm s-1) a nízkeho koeficientu straty energie ( <0,16). Po testovaní pri 50 % namáhaní počas 104 cyklov vykazuje uhlíkový aerogél len 2 % plastickú deformáciu a zachoval si 93 % pôvodného napätia.

Tvrdý uhlíkový aerogél dokáže udržať superelasticitu v drsných podmienkach, ako je napríklad tekutý dusík. Na základe fascinujúcich mechanických vlastností má tento tvrdý uhlíkový aerogél prísľub pri použití snímačov napätia s vysokou stabilitou a širokým detekčným rozsahom (50 kPa), ako aj roztiahnuteľných alebo ohybných vodičov. Tento prístup sľubuje rozšírenie na výrobu ďalších kompozitných nanovlákien bez uhlíka a poskytuje sľubný spôsob transformácie tuhých materiálov na elastické alebo flexibilné materiály navrhovaním nanovlákenných mikroštruktúr.