Lấy cảm hứng từ tính linh hoạt và độ cứng của mạng nhện tự nhiên, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư YU Shuhong từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) dẫn đầu đã phát triển một phương pháp đơn giản và tổng quát để chế tạo aerogel carbon cứng siêu đàn hồi và chống mỏi bằng sợi nano. cấu trúc mạng bằng cách sử dụng nhựa resorcinol-formaldehyde làm nguồn carbon cứng.

Trong những thập kỷ gần đây, aerogel cacbon đã được khám phá rộng rãi bằng cách sử dụng cacbon grafit và cacbon mềm, cho thấy ưu điểm về tính siêu đàn hồi. Những aerogel đàn hồi này thường có cấu trúc vi mô tinh tế với khả năng chống mỏi tốt nhưng độ bền cực thấp. Cacbon cứng thể hiện những ưu điểm lớn về độ bền cơ học và độ ổn định cấu trúc nhờ cấu trúc “ngôi nhà thẻ” phản lực do sp3 C gây ra. Tuy nhiên, độ cứng và tính dễ vỡ rõ ràng đã cản trở việc đạt được tính siêu đàn hồi của cacbon cứng. Cho đến nay, việc chế tạo aerogel cứng siêu đàn hồi dựa trên carbon vẫn là một thách thức.

Quá trình trùng hợp các monome nhựa được bắt đầu với sự có mặt của sợi nano làm mẫu cấu trúc để điều chế hydrogel với mạng lưới sợi nano, sau đó là sấy khô và nhiệt phân để thu được aerogel carbon cứng. Trong quá trình trùng hợp, các monome lắng đọng trên các mẫu và hàn các mối nối sợi-sợi, để lại cấu trúc mạng ngẫu nhiên với các mối nối lớn chắc chắn. Hơn nữa, các tính chất vật lý (chẳng hạn như đường kính của sợi nano, mật độ aerogel và tính chất cơ học) có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các mẫu và lượng nguyên liệu thô.

Do các sợi nano carbon cứng và các mối hàn phong phú giữa các sợi nano, aerogel carbon cứng thể hiện các hiệu suất cơ học mạnh mẽ và ổn định, bao gồm siêu đàn hồi, độ bền cao, tốc độ phục hồi cực nhanh (860 mm s-1) và hệ số tổn thất năng lượng thấp ( <0,16). Sau khi thử nghiệm dưới biến dạng 50% trong 104 chu kỳ, aerogel cacbon chỉ biểu hiện biến dạng dẻo 2% và giữ lại 93% ứng suất ban đầu.

Aerogel carbon cứng có thể duy trì độ siêu đàn hồi trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như trong nitơ lỏng. Dựa trên các đặc tính cơ học hấp dẫn, aerogel carbon cứng này hứa hẹn sẽ ứng dụng vào các cảm biến ứng suất có độ ổn định cao và phạm vi phát hiện rộng (50 KPa), cũng như các dây dẫn có thể co giãn hoặc uốn cong. Cách tiếp cận này hứa hẹn sẽ được mở rộng để tạo ra các sợi nano tổng hợp không chứa carbon khác và cung cấp một phương pháp đầy hứa hẹn để biến đổi vật liệu cứng thành vật liệu đàn hồi hoặc linh hoạt bằng cách thiết kế các cấu trúc vi mô sợi nano.