ทีมวิจัยที่นำโดย Prof. YU Shuhong จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ได้รับแรงบันดาลใจจากความยืดหยุ่นและความแข็งแกร่งของใยแมงมุมธรรมชาติ โดยได้พัฒนาวิธีการทั่วไปที่ง่ายและทั่วไปในการสร้างแอโรเจลคาร์บอนแข็งที่มีความยืดหยุ่นสูงและทนทานต่อความเมื่อยล้าด้วยเส้นใยนาโน โครงสร้างเครือข่ายโดยใช้เรซินรีซอร์ซินอล-ฟอร์มาลดีไฮด์เป็นแหล่งคาร์บอนแข็ง

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.

การเกิดพอลิเมอไรเซชันของเรซินโมโนเมอร์เริ่มต้นขึ้นโดยมีเส้นใยนาโนเป็นแม่แบบโครงสร้างเพื่อเตรียมไฮโดรเจลที่มีโครงข่ายเส้นใยนาโน ตามด้วยการอบแห้งและไพโรไลซิสเพื่อให้ได้แอโรเจลคาร์บอนแข็ง ในระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชัน โมโนเมอร์จะสะสมบนเทมเพลตและเชื่อมข้อต่อไฟเบอร์-ไฟเบอร์ ทำให้โครงสร้างเครือข่ายแบบสุ่มมีข้อต่อที่แข็งแกร่งขนาดใหญ่ นอกจากนี้ คุณสมบัติทางกายภาพ (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยนาโน ความหนาแน่นของแอโรเจล และคุณสมบัติทางกล) สามารถควบคุมได้โดยการปรับแต่งเทมเพลตและปริมาณของวัตถุดิบ

เนื่องจากเส้นใยนาโนคาร์บอนแข็งและรอยต่อเชื่อมจำนวนมากระหว่างเส้นใยนาโน แอโรเจลคาร์บอนแข็งจึงแสดงสมรรถนะทางกลที่แข็งแกร่งและมีเสถียรภาพ รวมถึงความยืดหยุ่นขั้นสูงสุด ความแข็งแรงสูง ความเร็วการฟื้นตัวที่รวดเร็วมาก (860 มม. s-1) และค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียพลังงานต่ำ ( <0.16) หลังจากทดสอบภายใต้ความเครียด 50 % เป็นเวลา 104 รอบ คาร์บอนแอโรเจลแสดงการเสียรูปพลาสติกเพียง 2 % และยังคงความเค้นเดิมไว้ 93 %

แอโรเจลคาร์บอนแข็งสามารถรักษาความยืดหยุ่นขั้นสูงในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น ในไนโตรเจนเหลว จากคุณสมบัติทางกลที่น่าสนใจ แอโรเจลคาร์บอนแข็งนี้มีแนวโน้มในการใช้งานเซ็นเซอร์ความเครียดที่มีความเสถียรสูงและระยะการตรวจจับที่กว้าง (50 KPa) เช่นเดียวกับตัวนำที่ยืดหรือโค้งงอได้ วิธีการนี้ถือเป็นคำมั่นสัญญาที่จะขยายออกไปเพื่อสร้างเส้นใยนาโนคอมโพสิตที่ไม่ใช่คาร์บอนอื่นๆ และให้วิธีที่มีแนวโน้มในการเปลี่ยนวัสดุแข็งเป็นวัสดุยืดหยุ่นหรือยืดหยุ่นโดยการออกแบบโครงสร้างจุลภาคนาโนไฟเบอร์