Dahil sa flexibility at rigidity ng natural na spider silks webs, isang research team na pinamumunuan ni Prof. YU Shuhong mula sa University of Science and Technology of China (USTC) ay nakabuo ng simple at pangkalahatang paraan para gumawa ng superelastic at fatigue resistant hard carbon aerogels na may nanofibrous istraktura ng network sa pamamagitan ng paggamit ng resorcinol-formaldehyde resin bilang isang hard carbon source.

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.

Ang polymerization ng resin monomers ay sinimulan sa pagkakaroon ng nanofibers bilang mga template ng istruktura upang maghanda ng isang hydrogel na may mga nanofibrous network, na sinusundan ng pagpapatayo at pyrolysis upang makakuha ng hard carbon aerogel. Sa panahon ng polymerization, ang mga monomer ay nagdeposito sa mga template at hinangin ang fiber-fiber joints, na nag-iiwan ng random na istraktura ng network na may napakalaking matatag na joints. Bukod dito, ang mga pisikal na katangian (tulad ng mga diameter ng nanofiber, densidad ng aerogels, at mekanikal na katangian) ay maaaring kontrolin sa pamamagitan lamang ng pag-tune ng mga template at ang dami ng mga hilaw na materyales.

Dahil sa matitigas na carbon nanofiber at maraming welded joint sa mga nanofiber, ang hard carbon aerogels ay nagpapakita ng matatag at matatag na mekanikal na pagganap, kabilang ang super-elasticity, mataas na lakas, napakabilis na bilis ng pagbawi (860 mm s-1) at mababang energy loss coefficient ( <0.16). Pagkatapos masuri sa ilalim ng 50% na strain para sa 104 na mga cycle, ang carbon airgel ay nagpapakita lamang ng 2% na plastic deformation, at nagpapanatili ng 93% na orihinal na stress.

Ang hard carbon airgel ay maaaring mapanatili ang super-elasticity sa malupit na mga kondisyon, tulad ng sa likidong nitrogen. Batay sa mga kamangha-manghang mekanikal na katangian, ang matigas na carbon airgel na ito ay may pangako sa paggamit ng mga sensor ng stress na may mataas na katatagan at malawak na hanay ng detective (50 KPa), pati na rin ang mga nababanat o nababaluktot na konduktor. Nangangako ang diskarteng ito na palawigin upang makagawa ng iba pang mga non-carbon based na composite nanofibers at nagbibigay ng isang promising na paraan ng pagbabago ng mga matibay na materyales sa nababanat o nababaluktot na mga materyales sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng nanofibrous microstructures.