Čínski vedci vyvíjajú superelastické aerogély nanovlákien z tvrdého uhlíka

Výskumný tím, inšpirovaný flexibilitou a rigiditou prírodných pavučinových pavučín, vyvinul výskumný tím pod vedením Prof. YU Shuhonga z Čínskej univerzity vedy a techniky (USTC) jednoduchú a všeobecnú metódu výroby superelastických a únavovo odolných aerogélov s nanovláknami. sieťovej štruktúry použitím resorcinol-formaldehydovej živice ako zdroja tvrdého uhlíka.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

V posledných desaťročiach sa uhlíkové aerogély široko skúmali použitím grafitických a mäkkých uhlíkov, ktoré vykazujú výhody v superelasticite. Tieto elastické aerogély majú zvyčajne jemné mikroštruktúry s dobrou odolnosťou proti únave, ale s ultratenkou pevnosťou. Tvrdé uhlíky vykazujú veľké výhody v mechanickej pevnosti a štrukturálnej stabilite vďaka sp3C-indukovanej turbostratickej štruktúre „domu z kariet“. Tuhosť a krehkosť však jednoznačne bránia dosiahnutiu superelasticity tvrdými uhlíkmi. Doteraz je stále výzvou vyrábať superelastické aerogély na báze pevného uhlíka.

Polymerizácia živicových monomérov bola iniciovaná v prítomnosti nanovláken ako štruktúrnych templátov na prípravu hydrogélu s nanovláknovými sieťami, nasledovalo sušenie a pyrolýza, aby sa získal tvrdý uhlíkový aerogél. Počas polymerizácie sa monoméry ukladajú na templáty a zvarujú spoje vlákno-vlákno, čím zanechávajú náhodnú štruktúru siete s masívnymi robustnými spojmi. Fyzikálne vlastnosti (ako sú priemery nanovláken, hustoty aerogélov a mechanické vlastnosti) môžu byť navyše regulované jednoduchým vyladením šablón a množstva surovín.

V dôsledku tvrdých uhlíkových nanovláken a hojných zváraných spojov medzi nanovláknami vykazujú aerogély tvrdého uhlíka robustné a stabilné mechanické vlastnosti vrátane super elasticity, vysokej pevnosti, extrémne rýchlej regenerácie (860 mm s-1) a nízkeho koeficientu straty energie ( <0,16). Po testovaní pri 50% namáhaní počas 104 cyklov vykazuje uhlíkový aerogél iba 2% plastickú deformáciu a zachoval si pôvodné napätie 93%.

Tvrdý uhlikový aerogél si môže udržať extrémnu elasticitu v drsných podmienkach, napríklad v tekutom dusíku. Na základe fascinujúcich mechanických vlastností má tento tvrdý uhlíkový aerogél sľub pri aplikácii stresových snímačov s vysokou stabilitou a širokým detekčným rozsahom (50 KPa), ako aj pri napínateľných alebo ohýbateľných vodičoch. Tento prístup považuje za sľub, že sa rozšíri na ďalšie kompozitné nanovlákna založené na iných ako uhlíkoch a poskytuje sľubný spôsob transformácie tuhých materiálov na elastické alebo flexibilné materiály pomocou navrhovania nanovlákenných mikroštruktúr.


Čas zverejnenia: Mar-13-2020