Luonnollisten hämähäkkiverkkojen joustavuuden ja jäykkyyden innoittamana tutkimusryhmä, jota johtaa professori YU Shuhong Kiinan tiede- ja tekniikkayliopistosta (USTC), kehitti yksinkertaisen ja yleisen menetelmän valmistaa superelastiset ja väsymystä kestävät kovahiiliset aerogeelit nanokuituilla verkkorakenne käyttämällä resorsinoli-formaldehydihartsia kovan hiilen lähteenä.

Viime vuosikymmeninä hiilen aerogeelejä on tutkittu laajasti käyttämällä grafiittihiilejä ja pehmeitä hiilejä, joilla on etuja superelastisuudessa. Näillä elastisilla aerogeeleillä on yleensä herkät mikrorakenteet, joilla on hyvä väsymiskestävyys, mutta ultralujuus. Kovilla hiileillä on suuria etuja mekaanisessa lujuudessa ja rakenteellisessa vakaudessa sp3 C: n indusoiman turbostraattisen “korttitalon” rakenteen vuoksi. Jäykkyys ja hauraus kuitenkin selvästi estävät superelastisuuden saavuttamisen kovilla hiileillä. Tähän asti on edelleen haaste valmistaa superelastisia kovia hiilipohjaisia ​​aerogeelejä.

Hartsimonomeerien polymerointi aloitettiin nanokuitujen läsnä ollessa rakennepohjina, jotta valmistettaisiin hydrogeeli, jolla on nanokuituverkostot, mitä seuraa kuivaus ja pyrolyysi kovan hiilen ilmageelin saamiseksi. Polymeroinnin aikana monomeerit laskeutuvat templaateille ja hitsaavat kuitu-kuituliitokset, jättäen satunnaisen verkkorakenteen massiivisilla tukevilla liitoksilla. Lisäksi fysikaalisia ominaisuuksia (kuten nanokuidun halkaisijat, aerogeelien tiheydet ja mekaaniset ominaisuudet) voidaan hallita yksinkertaisesti virittämällä malleja ja raaka-aineiden määrää.

Kiintohiilen nanokuitujen ja nanokuitujen runsaasti hitsattujen liitosten ansiosta kiintohiilen aerogeeleillä on vankka ja vakaa mekaaninen suorituskyky, mukaan lukien superjoustavuus, suuri lujuus, erittäin nopea palautumisnopeus (860 mm s-1) ja matala energiahäviökerroin ( <0,16). Sen jälkeen kun hiilen ilmageeli on testattu alle 50%: n jännityksellä 104 syklissä, se osoittaa vain 2%: n plastisen muodonmuutoksen ja säilyttää 93%: n alkuperäinen jännitys.

Kovahiilinen ilmageeli voi ylläpitää superjoustavuutta vaikeissa olosuhteissa, kuten nestemäisessä typessä. Kiehtovien mekaanisten ominaisuuksien perusteella tällä kovahiilisella ilmageelillä on lupauksia korkean vakauden ja laajan detektioalueen (50 kPa) stressi-antureiden, sekä joustavien tai taipuisien johtimien käytössä. Tämä lähestymistapa lupaa laajentaa muiden hiilettömien komposiitti nanokuitujen valmistukseen ja tarjoaa lupaavan tavan muuttaa jäykät materiaalit elastisiksi tai joustaviksi materiaaleiksi suunnittelemalla nanokuitumaisia ​​mikrorakenteita.