Čínští vědci vyvíjejí superelastické aerogely pevných nanovláken

Výzkumný tým, inspirovaný flexibilitou a rigiditou přírodních pavučinových hedvábných sítí, vyvinul výzkumný tým vedený Prof. YU Shuhongem z Čínské univerzity vědy a technologie (USTC) jednoduchou a obecnou metodu výroby superelastických a únavově odolných tvrdých uhlíkových aerogelů s nanovlákny síťová struktura pomocí resorcinol-formaldehydové pryskyřice jako zdroje pevného uhlíku.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

V posledních desetiletích byly uhlíkové aerogely široce zkoumány pomocí grafitických a měkkých uhlíků, které vykazují výhody v superelasticitě. Tyto elastické aerogely mají obvykle jemné mikrostruktury s dobrou odolností proti únavě, ale ultra pevností. Tvrdé uhlíky vykazují velké výhody v mechanické pevnosti a strukturální stabilitě díky sp3C-indukované turbostratické struktuře „house-of-cards“. Tuhost a křehkost však jasně brání dosažení superelasticity tvrdými uhlíky. Dosud je stále úkolem vyrábět superelastické aerogely na bázi pevného uhlíku.

Polymerace pryskyřičných monomerů byla zahájena v přítomnosti nanovláken jako strukturních templátů pro přípravu hydrogelu s nanovlákennými sítěmi, následovalo sušení a pyrolýza za získání tvrdého uhlíkového aerogelu. Během polymerace se monomery ukládají na templáty a svařují spoje vlákno-vlákno, čímž zanechávají náhodnou strukturu sítě s masivními robustními spoji. Fyzikální vlastnosti (jako jsou průměry nanovláken, hustoty aerogelů a mechanické vlastnosti) mohou být navíc kontrolovány jednoduchým vyladěním šablon a množstvím surovin.

Díky nanovláknům z tvrdého uhlíku a hojně svařovaným spojům mezi nanovlákny vykazují aerogely z tvrdého uhlíku robustní a stabilní mechanické vlastnosti, včetně superelastickosti, vysoké pevnosti, extrémně rychlé obnovovací rychlosti (860 mm s-1) a nízkého koeficientu energetické ztráty ( <0,16). Poté, co byl testován při 50% napětí po 104 cyklů, karbonový aerogel vykazuje pouze 2% plastickou deformaci a zachoval si 93% původní napětí.

Tvrdý uhlíkový aerogel si může udržet super-elasticitu v drsných podmínkách, jako například v kapalném dusíku. Na základě fascinujících mechanických vlastností má tento tvrdý uhlíkový aerogel slib v použití zátěžových senzorů s vysokou stabilitou a širokým detekčním rozsahem (50 KPa), stejně jako napínatelných nebo ohýbatelných vodičů. Tento přístup je příslibem rozšíření o další kompozitní nanovlákna založená na jiných než uhlíkových materiálech a poskytuje slibný způsob přeměny tuhých materiálů na pružné nebo pružné materiály vytvořením nanovlákenných mikrostruktur.


Čas zveřejnění: Mar-13-2020