Hård carbon nanofiber aerogel bliver superelastisk

Ledende og komprimerbare carbon aerogeler er nyttige i en række forskellige applikationer. I de seneste årtier har carbon aerogeler er blevet bredt udforsket ved hjælp af grafitiske carbonatomer og bløde carbonatomer, som viser fordele ved superelasticitet. Disse elastiske aerogeler har sædvanligvis sarte mikrostrukturer med god træthedsmodstand men ultralav styrke. Hårde carboner demonstrerer store fordele i mekanisk styrke og strukturel stabilitet på grund af den sp3 C-inducerede turbostratiske "hus-of-kort" struktur. Imidlertid, stivhed og skrøbelighed står klart i vejen for at opnå superelasticitet med hårde kulstoffer. Indtil nu, det har været en udfordring at fremstille superelastiske hårde kulstofbaserede aerogeler.

For nylig, inspireret af fleksibiliteten og stivheden af ​​naturlige edderkoppesilke, et forskerhold ledet af Shu-Hong Yu fra University of Science and Technology i Kina udviklede en enkel metode til at fremstille superelastiske og træthedsbestandige hårdcarbon-aerogeler med nanofibre netværksstruktur ved hjælp af resorcinol-formaldehydharpiks som en hård kulkilde. Dette værk blev udgivet i Avancerede materialer . med titlen "Superelastic hard carbon nanofiber aerogels."

De rapporterer deres proces således:Polymerisationen af ​​harpiksmonomerer blev påbegyndt i nærvær af nanofibre som strukturelle skabeloner til fremstilling af en hydrogel med nanofibrøse netværk, efterfulgt af tørring og pyrolyse til fremstilling af aerogel af hårdt kulstof. Under polymerisation, monomererne aflejres på skabeloner og svejser fiber-fibersamlingerne, efterlader en tilfældig netværksstruktur med massive robuste samlinger. I øvrigt, fysiske egenskaber (såsom diametre af nanofiber, tætheder af aerogeler, og mekaniske egenskaber) kan styres ved blot at justere skabeloner og mængden af ​​råmaterialer.

På grund af de hårde kulstof nanofibre og rigelige svejsede samlinger blandt nanofibrene, de hårde carbon aerogeler viser robust og stabil mekanisk ydeevne, inklusive superelasticitet, høj styrke, ekstrem hurtig genopretningshastighed (860 mm s ^-1 ) og en ow energitabskoefficient ( <0,16). Efter test under 50 % belastning i 104 cyklusser, carbon aerogelen viser kun 2% plastisk deformation, og den beholdt 93% af den oprindelige stress. Den hårde carbon aerogel kan opretholde superelasticitet under barske forhold, såsom i flydende nitrogen. Baseret på disse fascinerende mekaniske egenskaber, denne hårde kulstof aerogel har lovende i anvendelsen af ​​stresssensorer med høj stabilitet og bredt detektivområde (50 KPa), samt strækbare eller bøjelige ledere. Denne tilgang lover at blive udvidet til at lave andre ikke-carbonbaserede sammensatte nanofibre og giver en lovende måde at omdanne stive materialer til elastiske eller fleksible materialer ved at designe nanofibre mikrostrukturer.