Китайські дослідники розробляють супереластичні аерогелі з твердих вуглецевих нановолокна

Натхненний гнучкістю та жорсткістю природних павутинних шовкових полотен, науково-дослідна група під керівництвом проф. Ю.Шухуна з Університету науки і техніки Китаю (USTC) розробила простий і загальний метод виготовлення супереластичних та стійких до втомлення аерогелів із твердих вуглецю з нановолокнистих структура мережі з використанням резорцино-формальдегідної смоли як джерела твердого вуглецю.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

В останні десятиліття аерогелі вуглецю широко досліджувались із застосуванням графітних вуглецю та м'яких вуглеців, які виявляють переваги в супереластичності. Ці еластичні аерогелі зазвичай мають делікатні мікроструктури з хорошою стійкістю до втоми, але надто низькою міцністю. Тверді вуглеці виявляють великі переваги в механічній міцності та стійкості конструкцій завдяки спонсорованій sp3 С турбостратичній структурі «будинок-карт». Однак жорсткість і крихкість явно перешкоджають досягненню супереластичності з твердими вуглецями. На сьогоднішній день все ще залишається завданням виготовляти супереластичні аерогелі на основі твердого вуглецю.

Полімеризацію мономерів смоли ініціювали в присутності нановолокон як структурних шаблонів для отримання гідрогелю з нановолокнистими мережами з подальшим висушуванням і піролізом для отримання твердого вуглецевого аерогелю. Під час полімеризації мономери осідають на шаблони і зварюють волокнистоволокнисті з'єднання, залишаючи випадкову мережеву структуру з масивними міцними з'єднаннями. Більше того, фізичні властивості (наприклад, діаметри нановолокон, щільність аерогелів та механічні властивості) можна контролювати, просто настроюючи шаблони та кількість сировини.

Завдяки твердим вуглецевим нановолокон і рясним зварним з'єднанням серед нановолокна, аерогелі з твердим вуглецем демонструють надійні та стабільні механічні характеристики, включаючи супереластичність, високу міцність, надзвичайно високу швидкість відновлення (860 мм с-1) та низький коефіцієнт втрат енергії ( <0,16). Після випробування під деформацією 50% протягом 104 циклів вуглецевий аерогель демонструє лише 2% пластичну деформацію і зберігає 93% початкового напруження.

Твердий вуглецевий аерогель може підтримувати надпружність у суворих умовах, наприклад у рідкому азоті. Базуючись на захоплюючих механічних властивостях, цей твердий вуглецевий аерогель є перспективним у застосуванні датчиків напруги з високою стійкістю та широким детективним діапазоном (50 КПа), а також розтяжних або вигинних провідників. Цей підхід обіцяє розширити для виготовлення інших композиційних нановолокон на основі вуглецю та забезпечує перспективний спосіб перетворення жорстких матеріалів в еластичні або гнучкі матеріали шляхом проектування мікроструктур з нановолокна.


Час публікації: 13-2020 березня