Inspirirani fleksibilnošću i krutošću prirodnih paukovih svilenih mreža, istraživački tim na čelu sa prof. YU Shuhongom sa Kineskog univerziteta za nauku i tehnologiju (USTC) razvio je jednostavnu i opću metodu za proizvodnju superelastičnih i otpornih aerogela od tvrdog ugljika s nanofibroznim vlaknima. mrežna struktura upotrebom rezorcinol-formaldehidne smole kao izvora tvrdog ugljika.

Posljednjih decenija, aerogeli ugljenika su široko istraženi upotrebom grafitnih i mekih ugljika, koji pokazuju prednosti u supelastičnosti. Ovi elastični aerogeli obično imaju osjetljive mikrostrukture s dobrom otpornošću na umor, ali vrlo snagom. Tvrdi ugljenici pokazuju velike prednosti u mehaničkoj čvrstoći i strukturnoj stabilnosti zahvaljujući sp3 C-indukovanoj turbostraticnoj „kući od karata“ strukture. Međutim, krutost i krhkost očigledno sprečavaju postizanje superprelastičnosti s tvrdim ugljenicima. Do sada je još jedan izazov proizvesti supervelastične aerogele na bazi tvrdog ugljenika.

Polimerizacija monomera smole započeta je u prisustvu nano-vlakana kao strukturnih obrazaca za pripremanje hidrogela s nano-vlaknastim mrežama, nakon čega je uslijedilo sušenje i piroliza da bi se dobio tvrdi ugljični vrel. Tijekom polimerizacije, monomeri se talože na obrasce i zavarivaju spojeve od vlakana, ostavljajući nasumičnu mrežnu strukturu s masivnim čvrstim spojevima. Nadalje, fizičkim svojstvima (poput promjera nanofibre, gustine aerogela i mehaničkim svojstvima) može se kontrolirati jednostavnim podešavanjem obrazaca i količinom sirovina.

Zbog tvrdih ugljikovih nano vlakana i obilnih zavarenih spojeva među nano vlaknima, aerogeli tvrdog karbona pokazuju snažne i stabilne mehaničke performanse, uključujući super-elastičnost, veliku čvrstoću, izuzetno veliku brzinu oporavka (860 mm s-1) i niski koeficijent gubitka energije ( <0,16). Nakon što je ispitan pod opterećenjem od 50% tokom 104 ciklusa, karbonski aerogel pokazuje samo 2% plastičnu deformaciju i zadržao je 93% izvornog naprezanja.

Zračni tvrdi karbon može održavati super-elastičnost u teškim uvjetima, poput tekućeg azota. Zasnovan na fascinantnim mehaničkim svojstvima, ovaj tvrdi karbonski airgel obećava u primjeni senzora napona visoke stabilnosti i širokog raspona detekcije (50 KPa), kao i rastezljivih ili savijajućih provodnika. Ovaj pristup obećava da će se proširiti i na izradu ostalih kompozitnih nano-vlakana na bazi ugljika i pruža obećavajući način pretvaranja krutih materijala u elastične ili fleksibilne materijale dizajniranjem nano vlaknastih mikrostruktura.