Китайски изследователи разработват супереластични аерогели с твърди въглеродни нанофибри

Вдъхновен от гъвкавостта и твърдостта на естествените паяжини от копринени паяжини, изследователски екип, ръководен от проф. Ю Ю Шуонг от Университета за наука и технологии на Китай (USTC), разработи прост и общ метод за производство на супереластични и устойчиви на умора твърди въглеродни аерогели с нановолокна. мрежова структура чрез използване на резорцинол-формалдехидна смола като източник на твърд въглерод.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

През последните десетилетия въглеродните аерогели бяха широко изследвани чрез използване на графитни и меки въглеродни атоми, които показват предимства в свръхеластичността. Тези еластични аерогели обикновено имат деликатни микроструктури с добра устойчивост на умора, но свръх ниска сила. Твърдите въглероди показват големи предимства в механичната здравина и стабилността на конструкцията благодарение на индуцираната от sp3 С турбостратична структура „къща от карти”. Въпреки това, твърдостта и чупливостта ясно пречат на постигането на свръхеластичност с твърди въглеродни емисии. Засега все още е предизвикателство да се изработят супереластични аерогели на твърда въглерод.

Полимеризацията на мономерите на смолата е инициирана в присъствието на нано влакна като структурни шаблони за получаване на хидрогел с нановолокнасти мрежи, последвано от изсушаване и пиролиза за получаване на твърд въглероден аерогел. По време на полимеризацията мономерите се отлагат върху шаблони и заваряват фуги от влакнести влакна, оставяйки произволна мрежова структура с масивни здрави фуги. Освен това, физическите свойства (като диаметрите на нановолокна, плътността на аерогелите и механичните свойства) могат да бъдат контролирани чрез просто настройване на шаблони и количеството суровини.

Благодарение на твърдите въглеродни нановолокна и изобилните заварени съединения между нановолокна, твърдите въглеродни аерогели показват стабилни и стабилни механични характеристики, включително супереластичност, висока якост, изключително бърза скорост на възстановяване (860 mm s-1) и нисък коефициент на загуба на енергия ( <0.16). След тестване под 50% напрежение за 104 цикъла, въглеродният аерогел показва само 2% пластична деформация и запазва 93% първоначален стрес.

Твърдият въглероден аерогел може да поддържа супереластичността при тежки условия, като например в течен азот. Въз основа на завладяващите механични свойства, този твърд въглероден аерогел има обещание при прилагането на стресови сензори с висока стабилност и широк детективен обхват (50 KPa), както и разтегливи или огъващи се проводници. Този подход обещава да бъде разширен, за да се направят други композитни нановолокна на основата на въглерод и осигурява обещаващ начин за трансформиране на твърди материали в еластични или гъвкави материали чрез проектиране на нано влакнести микроструктури.


Време за публикуване: март-13-2020