Исследователи разработали простой метод изготовления сверхэластичных и устойчивых к усталости проводящих аэрогелей из твердого углерода.
Обычно аэрогели обладают высокими показателями прочности, но жесткость и хрупкость ограничивали их применение. Команду ученых из Университета науки и технологии Китая вдохновила гибкостью и жесткостью натуральная паутина, поэтому они использовали аналогичную структуру для создания нового аэрогеля.
Путем инициирования полимеризации смоляных мономеров в присутствии нановолокон в качестве структурных матриц ученые сначала изготовили гидрогель с нановолокнистыми сетками. После его сушки и пиролиза они получили углеродный аэрогель.
Во время полимеризации мономеры осаждаются на матрицах и скрепляют места касания волокон, оставляя случайную сетчатую структуру с массивными прочными соединениями. Кроме того, физические свойства (диаметр нановолокон, плотности аэрогелей) можно контролировать, управляя шаблонами и количеством сырья.
Благодаря твердым углеродным нановолокнам и множеству соединений, созданные аэрогели обладают хорошими механическими характеристиками, включая сверхэластичность, высокую прочность, очень быстрое восстановление (860 мм/с) и коэффициент потерь энергии потока (<0,16).
После испытания при 50%-ной деформации в течение 104 циклов материал показывает только 2% пластической деформации и сохраняет 93% от исходного напряжения. Твердый углеродный аэрогель остается сверхэластичным даже в экстремальных условиях, например, в жидком азоте.
Благодаря уникальным свойствам материал можно использовать для создания датчиков напряжения с высокой стабильностью и широким диапазоном обнаружения (50 кПа), а также растягиваемых или сгибаемых проводников.
Технологию также можно применить для изготовления других композитных нановолокон на неуглеродной основе или как способ преобразования жестких материалов в гибкие.
Напомним, что недавно ученые из девяти исследовательских институтов создали чрезвычайно легкий и очень прочный керамический материал, который способен противостоять сильному нагреву, огромным перепадам температур и обладает высокими показателями гибкости.