Doğal örümcek ipeği ağlarının esnekliğinden ve sertliğinden ilham alan Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden (USTC) Prof. YU Shuhong liderliğindeki bir araştırma ekibi, nano lifli süper elastik ve yorulmaya dirençli sert karbon aerojelleri üretmek için basit ve genel bir yöntem geliştirdi. Sert karbon kaynağı olarak rezorsinol-formaldehit reçinesini kullanarak ağ yapısı.

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.

Reçine monomerlerinin polimerizasyonu, nano lifli ağlara sahip bir hidrojel hazırlamak için yapısal şablonlar olarak nano liflerin varlığında başlatıldı, ardından sert karbon aerojeli elde etmek için kurutma ve piroliz takip edildi. Polimerizasyon sırasında, monomerler şablonlar üzerinde birikir ve fiber-fiber bağlantılarını kaynaklayarak devasa sağlam bağlantı noktalarına sahip rastgele bir ağ yapısı bırakır. Dahası, fiziksel özellikler (nanofiberin çapı, aerojellerin yoğunluğu ve mekanik özellikler gibi) şablonların ve ham madde miktarının basitçe ayarlanmasıyla kontrol edilebilir.

Sert karbon nanolifleri ve nanolifler arasında bol miktarda kaynaklı bağlantı olması nedeniyle sert karbon aerojelleri, süper esneklik, yüksek mukavemet, son derece hızlı iyileşme hızı (860 mm s-1) ve düşük enerji kaybı katsayısı dahil olmak üzere sağlam ve kararlı mekanik performanslar sergiler (1). <0,16). 104 döngü boyunca gerilim altında test edildikten sonra karbon aerojel yalnızca %2 plastik deformasyon gösterdi ve orijinal gerilimi korudu.

Sert karbon aerojel, sıvı nitrojen gibi zorlu koşullarda süper esnekliği koruyabilir. Büyüleyici mekanik özelliklere dayanan bu sert karbon aerojel, yüksek stabiliteye ve geniş algılama aralığına (50 KPa) sahip stres sensörlerinin yanı sıra gerilebilir veya bükülebilir iletkenlerin uygulanmasında umut vaat ediyor. Bu yaklaşım, diğer karbon bazlı olmayan kompozit nano elyafları yapmak için genişletilme vaadi taşıyor ve nano elyaflı mikro yapıları tasarlayarak sert malzemeleri elastik veya esnek malzemelere dönüştürmenin umut verici bir yolunu sunuyor.