Zainspirowany elastycznością i sztywnością naturalnych pajęczyn jedwabnych, zespół badawczy pod kierunkiem prof. YU Shuhonga z University of Science and Technology of China (USTC) opracował prostą i ogólną metodę wytwarzania superelastycznych i odpornych na zmęczenie aerożeli z twardego węgla za pomocą nanowłókien struktura sieci z wykorzystaniem żywicy rezorcynolowo-formaldehydowej jako źródła twardego węgla.

W ostatnich dziesięcioleciach aerożele węglowe były szeroko badane przy użyciu węgli grafitowych i węgli miękkich, które wykazują zalety w superelastyczności. Te elastyczne aerożele mają zwykle delikatne mikrostruktury o dobrej odporności na zmęczenie, ale o bardzo małej wytrzymałości. Węgle twarde wykazują ogromne zalety w zakresie wytrzymałości mechanicznej i stabilności strukturalnej dzięki indukowanej przez sp3 C turbostratycznej strukturze „domku z kart”. Jednak sztywność i kruchość wyraźnie przeszkadzają w osiągnięciu superelastyczności w przypadku twardych węgli. Do tej pory wytwarzanie superelastycznych aerożeli na bazie węgla wciąż stanowi wyzwanie.

Polimeryzację monomerów żywicznych rozpoczęto w obecności nanowłókien jako matryc strukturalnych do przygotowania hydrożelu z sieciami nanowłóknistymi, a następnie suszenia i pirolizy w celu uzyskania aerożelu z twardego węgla. Podczas polimeryzacji monomery osadzają się na szablonach i zgrzewają połączenia włókno-włókno, pozostawiając losową strukturę sieci z masywnymi solidnymi połączeniami. Ponadto właściwości fizyczne (takie jak średnice nanowłókien, gęstości aerożeli i właściwości mechaniczne) można kontrolować, po prostu dostosowując szablony i ilość surowców.

Ze względu na twarde nanowłókna węglowe i dużą liczbę połączeń spawanych wśród nanowłókien, aerożele z węglem twardym wykazują solidne i stabilne właściwości mechaniczne, w tym superelastyczność, wysoką wytrzymałość, niezwykle szybką prędkość odzyskiwania (860 mm s-1) i niski współczynnik strat energii ( <0,16). Po przetestowaniu przy 50% odkształceniu przez 104 cykle, aerożel węglowy wykazuje tylko 2% odkształcenia plastycznego i zachował 93% pierwotnego naprężenia.

Aerożel z twardego węgla może zachować superelastyczność w trudnych warunkach, takich jak ciekły azot. Oparty na fascynujących właściwościach mechanicznych, aerożel z twardego węgla ma nadzieję na zastosowanie czujników naprężeń o wysokiej stabilności i szerokim zakresie detekcji (50 KPa), a także przewodów rozciągliwych lub zginanych. Podejście to może zostać rozszerzone na inne kompozytowe nanowłókna inne niż na bazie węgla i zapewnia obiecujący sposób przekształcania sztywnych materiałów w elastyczne lub elastyczne materiały poprzez projektowanie mikrostruktur nanowłóknistych.