Investigadors xinesos desenvolupen aerogels superrelàstics de nanofibra de carboni dur

Inspirat en la flexibilitat i la rigidesa de les xarxes de sedes naturals d'arranya, un equip investigador liderat pel professor YU Shuhong de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC) va desenvolupar un mètode senzill i general per fabricar aerogels de carboni dur resistents a la fatiga i resistents a la fatiga amb nanofibres. estructura de xarxa utilitzant resina de resorcinol-formaldehid com a font de carboni dur.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

En les darreres dècades, els aerogelins de carboni han estat àmpliament explorats mitjançant l'ús de carbons gràfics i carbons tous, que mostren avantatges en la superelasticitat. Aquests aerogels elàstics solen tenir microestructures delicades amb una bona resistència a la fatiga però amb una resistència ultralleugera. Els carbonis durs presenten grans avantatges en la resistència mecànica i en l'estabilitat estructural a causa de l'estructura turostràtica "caseta de cartes" induïda pel C3. No obstant això, la rigidesa i la fragilitat s’obtenen clarament en la manera d’aconseguir la superelasticitat amb els carbonis durs. Fins ara, continua sent un repte fabricar aerogel superrelàstics basats en carboni dur.

La polimerització de monòmers de resina es va iniciar en presència de nanofibres com a plantilles estructurals per preparar un hidrogel amb xarxes nanofibres, seguit de l’assecat i la piròlisi per obtenir un aerogel de carboni dur. Durant la polimerització, els monòmers es dipositen en plantilles i solden les juntes de fibra-fibra, deixant una estructura de xarxa aleatòria amb unes juntes robustes massives. D'altra banda, les propietats físiques (com els diàmetres de nanofibra, la densitat d'aerogel i les propietats mecàniques) es poden controlar simplement per ajustar les plantilles i la quantitat de matèries primeres.

A causa de les nanofibres dures de carboni i les abundants juntes soldades entre els nanofibres, els aerogels de carboni dur presenten prestacions mecàniques robustes i estables, incloent super-elasticitat, alta resistència, velocitat de recuperació extremadament ràpida (860 mm s-1) i un baix coeficient de pèrdua d’energia ( <0,16). Després de provar el 50% de tensió durant 104 cicles, l’airegel de carboni només mostra el 2% de deformació plàstica i va conservar el 93% d’esforç original.

L’aerogel de carboni dur pot mantenir la super-elasticitat en condicions dures, com en el nitrogen líquid. Basat en les fascinants propietats mecàniques, aquest airgel dur de carboni ha promès en l’aplicació de sensors d’estrès amb alta estabilitat i àmplia gamma de detectius (50 KPa), així com també conductors estirables o flexibles. Aquest plantejament es compromet a ampliar-se per fer altres nanofibres compostes sense carboni i proporciona una manera prometedora de transformar materials rígids en materials elàstics o flexibles mitjançant el disseny de les microestructures nanofibres.


Hora de publicació: 13-mar-2020