Ispirato dalla flessibilità e dalla rigidità delle ragnatele di seta naturale, un team di ricerca guidato dal Prof. YU Shuhong dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha sviluppato un metodo semplice e generale per fabbricare aerogel di carbonio duro superelastico e resistente alla fatica con nanofibrature struttura della rete usando la resina di resorcinolo-formaldeide come una fonte di carbonio duro.

Negli ultimi decenni, gli aerogel di carbonio sono stati ampiamente esplorati utilizzando carboni grafitici e carboni morbidi, che mostrano vantaggi in termini di superelasticità. Questi aerogel elastici di solito hanno microstrutture delicate con buona resistenza alla fatica ma resistenza ultraleggera. I carboni duri mostrano grandi vantaggi in termini di resistenza meccanica e stabilità strutturale grazie alla struttura “house-of-card” turbostratica indotta da C3. Tuttavia, la rigidità e la fragilità ostacolano chiaramente il raggiungimento della superelasticità con carboni duri. Fino ad ora, è ancora una sfida fabbricare aerogel a base di carbonio duro superelastico.

La polimerizzazione dei monomeri di resina è stata iniziata in presenza di nanofibre come modelli strutturali per preparare un idrogel con reti nanofibrose, seguito dall'essiccamento e dalla pirolisi per ottenere aerogel di carbonio duro. Durante la polimerizzazione, i monomeri si depositano su modelli e saldano i giunti in fibra di fibra, lasciando una struttura di rete casuale con giunti robusti e massicci. Inoltre, le proprietà fisiche (come diametri di nanofibre, densità di aerogel e proprietà meccaniche) possono essere controllate semplicemente sintonizzando i modelli e la quantità di materie prime.

A causa delle nanofibre di carbonio duro e dei giunti saldati abbondanti tra le nanofibre, gli aerogel di carbonio duro mostrano prestazioni meccaniche robuste e stabili, tra cui superelasticità, elevata resistenza, velocità di recupero estremamente elevata (860 mm s-1) e basso coefficiente di perdita di energia ( <0.16). Dopo essere stato testato sotto il 50% di deformazione per 104 cicli, l'aerogel di carbonio mostra solo il 2% di deformazione plastica e ha mantenuto il 93% di stress originale.

L'aerogel di carbonio duro può mantenere la superelasticità in condizioni difficili, come nell'azoto liquido. Basato sulle affascinanti proprietà meccaniche, questo aerogel in carbonio duro ha promesso l'applicazione di sensori di stress con elevata stabilità e ampia gamma di detective (50 KPa), nonché conduttori estensibili o pieghevoli. Questo approccio promette di essere esteso per rendere altre nanofibre composite non a base di carbonio e fornisce un modo promettente di trasformare materiali rigidi in materiali elastici o flessibili progettando le microstrutture nanofibrose.