Натхненна гнучкістю та жорсткістю натуральної шовкової павутини дослідницька група під керівництвом професора Ю. Шухонга з Науково-технологічного університету Китаю (USTC) розробила простий і загальний метод виготовлення надпружних і стійких до втоми твердих вуглецевих аерогелів із нановолокнами. структуру мережі за допомогою використання резорцин-формальдегідної смоли як джерела твердого вуглецю.

В останні десятиліття вуглецеві аерогелі широко досліджувалися з використанням графітового вугілля та м’якого вугілля, які демонструють переваги в надпружності. Ці еластичні аерогелі зазвичай мають делікатну мікроструктуру з хорошим опором втомі, але наднизькою міцністю. Тверді вуглеці демонструють великі переваги в механічній міцності та структурній стабільності завдяки sp3 C-індукованій турбостратичній структурі «карткового будиночка». Однак жорсткість і крихкість явно заважають досягненню надпружності за допомогою твердого вуглецю. Виготовлення супереластичних твердих аерогелів на основі вуглецю досі залишається складним завданням.

Полімеризацію мономерів смоли ініціювали в присутності нановолокон як структурних шаблонів для отримання гідрогелю з нановолокнистими сітками з подальшим висушуванням і піролізом для отримання твердого вуглецевого аерогелю. Під час полімеризації мономери осідають на шаблонах і зварюють з’єднання між волокнами, залишаючи випадкову сітчасту структуру з масивними міцними з’єднаннями. Крім того, фізичні властивості (такі як діаметри нановолокна, щільність аерогелів і механічні властивості) можна контролювати простим налаштуванням шаблонів і кількості вихідних матеріалів.

Завдяки твердим вуглецевим нановолокнам і великій кількості зварних з’єднань серед нановолокон, тверді вуглецеві аерогелі демонструють надійні та стабільні механічні характеристики, включаючи надпружність, високу міцність, надзвичайно швидку швидкість відновлення (860 мм с-1) і низький коефіцієнт втрат енергії ( <0,16). Після випробування при 50% деформації протягом 104 циклів вуглецевий аерогель демонструє лише 2% пластичної деформації та зберігає 93% початкової напруги.

Твердий вуглецевий аерогель може зберігати надпружність у суворих умовах, наприклад у рідкому азоті. Завдяки вражаючим механічним властивостям цей твердий вуглецевий аерогель є перспективним у застосуванні датчиків напруги з високою стабільністю та широким діапазоном виявлення (50 кПа), а також провідників, що розтягуються або згинаються. Цей підхід має надію бути розширеним для створення інших невуглецевих композитних нановолокон і забезпечує багатообіцяючий спосіб перетворення жорстких матеріалів у еластичні або гнучкі шляхом розробки нановолокнистих мікроструктур.