Raziskovalna skupina pod vodstvom prof. YU Shuhonga s Kitajske univerze za znanost in tehnologijo (USTC) je po navdihu prožnosti in togosti naravnih pajkovih svilenih mrež razvila preprosto in splošno metodo za izdelavo superelastičnih in na utrujenost odpornih trdih ogljikovih aerogelov z nanovlakni. mrežno strukturo z uporabo resorcinol-formaldehidne smole kot trdega vira ogljika.

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.

Polimerizacija smolnih monomerov se je začela v prisotnosti nanovlaken kot strukturnih šablon za pripravo hidrogela z mrežami iz nanovlaken, čemur je sledilo sušenje in piroliza, da smo dobili trdi ogljikov aerogel. Med polimerizacijo se monomeri nanesejo na šablone in zvarijo spoje vlakna-vlakna, pri čemer ostane naključna mrežna struktura z masivnimi robustnimi spoji. Poleg tega je mogoče fizikalne lastnosti (kot so premeri nanovlaken, gostote aerogelov in mehanske lastnosti) nadzirati s preprosto nastavitvijo šablon in količine surovin.

Zaradi trdih ogljikovih nanovlaken in številnih varjenih spojev med nanovlakni imajo trdi ogljikovi aerogeli robustne in stabilne mehanske lastnosti, vključno s super elastičnostjo, visoko trdnostjo, izjemno hitro obnovitveno hitrostjo (860 mm s-1) in nizkim koeficientom izgube energije ( <0,16). Po testiranju pod 50 % napetostjo v 104 ciklih je ogljikov aerogel pokazal le 2 % plastične deformacije in ohranil 93 % prvotne napetosti.

Trdi ogljikov aerogel lahko ohrani super elastičnost v težkih pogojih, na primer v tekočem dušiku. Na podlagi fascinantnih mehanskih lastnosti ta trdi ogljikov aerogel obeta pri uporabi senzorjev napetosti z visoko stabilnostjo in širokim razponom detekcije (50 KPa), kot tudi raztegljivih ali upogljivih vodnikov. Ta pristop obljublja, da se bo razširil na izdelavo drugih kompozitnih nanovlaken brez ogljika in zagotavlja obetaven način preoblikovanja togih materialov v elastične ali prožne materiale z oblikovanjem mikrostruktur nanovlaken.