Inspireret af fleksibiliteten og stivheden af ​​naturlige edderkoppesilkesveje udviklede et forskerteam ledet af prof. YU Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) en enkel og generel metode til at fremstille superelastiske og træthedsbestandige hårde kulstof-aerogeller med nanofibrous netværksstruktur ved anvendelse af resorcinol-formaldehydharpiks som en hård kulstofkilde.

I de seneste årtier er kulstof-aerogeller blevet vidt undersøgt ved hjælp af grafitiske kulhydrater og bløde kulhydrater, som viser fordele ved superelasticitet. Disse elastiske aerogeller har sædvanligvis delikate mikrostrukturer med god træthedsbestandighed men ultralowstyrke. Hårdt kulstof viser store fordele i mekanisk styrke og strukturel stabilitet på grund af den sp3 C-inducerede turbostratiske "hus-af-kort" -struktur. Stivhed og skrøbelighed kommer imidlertid klart i vejen for at opnå superelasticitet med hårde kulhydrater. Indtil nu er det stadig en udfordring at fremstille superelastiske hårde kulstofbaserede aerogeller.

Polymerisationen af ​​harpiksmonomerer blev initieret i nærvær af nanofibre som strukturelle skabeloner til fremstilling af en hydrogel med nanofibrøse netværk, efterfulgt af tørring og pyrolyse for at få hård kulstof-luftgel. Under polymerisation aflejres monomererne på skabeloner og svejser fiberfiberfugene, hvilket efterlader en tilfældig netværksstruktur med massive robuste samlinger. Derudover kan fysiske egenskaber (såsom diametre på nanofiber, densiteter af aerogeller og mekaniske egenskaber) kontrolleres ved blot at indstille skabeloner og mængden af ​​råmaterialer.

På grund af de hårde kulstof-nanofibre og rigelige svejste samlinger blandt nanofibrene, udviser de hårde kulstof-aerogeller robuste og stabile mekaniske ydelser, herunder superelasticitet, høj styrke, ekstremt hurtig gendannelseshastighed (860 mm s-1) og lav energitabskoefficient ( <0,16). Efter afprøvning under 50% belastning i 104 cyklusser viser carbon airgel kun 2% plastisk deformation og opretholdt 93% oprindelig belastning.

Den hårde kulstof-luftgel kan opretholde superelasticiteten under barske forhold, såsom i flydende nitrogen. Baseret på de fascinerende mekaniske egenskaber har denne hårde kulstof-airgel løfte i anvendelsen af ​​spændingssensorer med høj stabilitet og bred detektivområde (50 KPa) samt strækbare eller bøjelige ledere. Denne fremgangsmåde løfter om at blive udvidet til at fremstille andre ikke-kulstofbaserede sammensatte nanofibre og giver en lovende måde at omdanne stive materialer til elastiske eller fleksible materialer ved at designe de nanofibrøse mikrostrukturer.