Inspirado por la flexibilidad y la rigidez de las telas de araña naturales, un equipo de investigación dirigido por el profesor YU Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) desarrolló un método simple y general para fabricar aerogeles de carbono duro superelástico y resistente a la fatiga con nanofibroso estructura de red mediante el uso de resina de resorcinol-formaldehído como fuente de carbono duro.

En las últimas décadas, los aerogeles de carbono se han explorado ampliamente mediante el uso de carbonos grafíticos y carbonos blandos, que muestran ventajas en la superelasticidad. Estos aerogeles elásticos generalmente tienen microestructuras delicadas con buena resistencia a la fatiga pero resistencia ultrabaja. Los carbonos duros muestran grandes ventajas en cuanto a resistencia mecánica y estabilidad estructural debido a la estructura de "castillo de naipes" turbostática inducida por sp3 C. Sin embargo, la rigidez y la fragilidad obstaculizan claramente la superelasticidad con los carbonos duros. Hasta ahora, sigue siendo un desafío fabricar aerogeles superelásticos a base de carbono duro.

La polimerización de los monómeros de resina se inició en presencia de nanofibras como plantillas estructurales para preparar un hidrogel con redes nanofibrosas, seguido del secado y la pirólisis para obtener un aerogel de carbono duro. Durante la polimerización, los monómeros se depositan en plantillas y sueldan las uniones de fibra-fibra, dejando una estructura de red aleatoria con uniones robustas masivas. Además, las propiedades físicas (como diámetros de nanofibras, densidades de aerogeles y propiedades mecánicas) se pueden controlar simplemente ajustando plantillas y la cantidad de materias primas.

Debido a las nanofibras de carbono duro y las abundantes uniones soldadas entre las nanofibras, los aerogeles de carbono duro muestran un rendimiento mecánico robusto y estable, que incluye súper elasticidad, alta resistencia, velocidad de recuperación extremadamente rápida (860 mm s-1) y bajo coeficiente de pérdida de energía ( <0,16). Después de probar con una tensión del 50% durante 104 ciclos, el aerogel de carbono muestra solo un 2% de deformación plástica y retiene el 93% de la tensión original.

El aerogel de carbono duro puede mantener la súper elasticidad en condiciones difíciles, como en el nitrógeno líquido. Basado en las fascinantes propiedades mecánicas, este aerogel de carbono duro promete la aplicación de sensores de estrés con alta estabilidad y amplio rango de detección (50 KPa), así como conductores estirables o flexibles. Este enfoque promete ampliarse para fabricar otras nanofibras compuestas sin carbono y proporciona una forma prometedora de transformar materiales rígidos en materiales elásticos o flexibles mediante el diseño de las microestructuras nanofibrosas.