Вдохновленная гибкостью и жесткостью тканей из натурального шелка пауков, исследовательская группа во главе с профессором Ю. У. Шухонгом из Университета науки и технологии Китая (USTC) разработала простой и общий метод изготовления сверхэластичных и усталостных твёрдых углеродных аэрогелей с нановолокнами. структура сети с использованием резорцин-формальдегидной смолы в качестве источника твердого углерода.

В последние десятилетия углеродные аэрогели широко исследовались с использованием графитовых и мягких углеродов, которые демонстрируют преимущества в суперэластичности. Эти эластичные аэрогели обычно имеют тонкие микроструктуры с хорошей усталостной стойкостью, но сверхнизкой прочностью. Твердые угли демонстрируют большие преимущества в механической прочности и структурной устойчивости благодаря sp3 C-индуцированной турбостратической структуре «карточный домик». Тем не менее, жесткость и хрупкость явно мешают достижению суперэластичности с твердым углеродом. До настоящего времени все еще сложно изготовить суперэластичные твердые углеродные аэрогели.

Полимеризация смоляных мономеров была инициирована в присутствии нановолокон в качестве структурных матриц для приготовления гидрогеля с нановолокнистыми сетками с последующей сушкой и пиролизом с получением твердого углеродного аэрогеля. Во время полимеризации мономеры наносятся на шаблоны и сваривают волоконно-волоконные соединения, оставляя случайную сетчатую структуру с массивными прочными соединениями. Кроме того, физические свойства (такие как диаметры нановолокон, плотности аэрогелей и механические свойства) можно контролировать, просто настраивая шаблоны и количество сырья.

Благодаря твердым углеродным нановолокнам и обильным сварным соединениям среди нановолокон, твердые углеродные аэрогели демонстрируют прочные и стабильные механические характеристики, включая сверхэластичность, высокую прочность, чрезвычайно высокую скорость восстановления (860 мм с-1) и низкий коэффициент потерь энергии ( <0,16). После испытания при 50% -ной деформации в течение 104 циклов углеродный аэрогель демонстрирует только 2% пластическую деформацию и сохраняет 93% исходного напряжения.

Твердый углеродный аэрогель может поддерживать сверхэластичность в жестких условиях, например, в жидком азоте. Основанный на захватывающих механических свойствах, этот твердый углеродный аэрогель имеет многообещающие свойства в применении датчиков напряжения с высокой стабильностью и широким диапазоном обнаружения (50 кПа), а также растягиваемых или сгибаемых проводников. Этот подход обещает быть расширенным для создания других композитных нановолокон на неуглеродной основе и обеспечивает многообещающий способ превращения жестких материалов в эластичные или гибкие материалы путем конструирования нановолокнистых микроструктур.