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.

Son yıllarda karbon aerojelleri, süper elastikiyet açısından avantajlar gösteren grafitik karbonlar ve yumuşak karbonlar kullanılarak geniş çapta araştırılmaktadır. Bu elastik aerojeller genellikle iyi yorulma direncine sahip ancak ultra düşük mukavemete sahip hassas mikro yapılara sahiptir. Sert karbonlar, sp3 C'nin neden olduğu turbostratik "kart evi" yapısı nedeniyle mekanik mukavemet ve yapısal stabilite açısından büyük avantajlar gösterir. Ancak sertlik ve kırılganlık, sert karbonlarla süper esnekliğe ulaşmanın önünde açıkça engel teşkil ediyor. Şimdiye kadar süper elastik, sert karbon bazlı aerojellerin üretilmesi hala bir zorluktu.

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.