Penyelidik China mengembangkan aerogel nanofiber karbon keras superelastik

Diilhamkan oleh fleksibiliti dan ketegaran jaring sutera labah-labah semula jadi, pasukan penyelidikan yang diketuai oleh Prof YU Shuhong dari Universiti Sains dan Teknologi China (USTC) mengembangkan kaedah yang mudah dan umum untuk membuat aerogel karbon keras yang superelastik dan tahan keletihan struktur rangkaian dengan menggunakan resin resorcinol-formaldehid sebagai sumber karbon keras.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, aerogel karbon telah banyak dieksplorasi dengan menggunakan karbon grafit dan karbon lembut, yang menunjukkan kelebihan dalam superelastik. Aerogel elastik ini biasanya mempunyai struktur mikro yang halus dengan daya tahan keletihan yang baik tetapi kekuatan ultralow. Karbon keras menunjukkan kelebihan besar dalam kekuatan mekanikal dan kestabilan struktur kerana struktur "rumah-kad" turbostatik yang disebabkan oleh sp3 C. Walau bagaimanapun, kekakuan dan kerapuhan jelas dapat mencapai superelastik dengan karbon keras. Hingga kini, masih menjadi cabaran untuk membuat aerogel berasaskan karbon keras superelastik.

Pempolimeran monomer resin dimulakan dengan adanya nanofiber sebagai templat struktur untuk menyiapkan hidrogel dengan jaringan nanofiber, diikuti dengan pengeringan dan pirolisis untuk mendapatkan gel udara karbon keras. Semasa pempolimeran, monomer mendapan pada templat dan mengimpal sendi serat-serat, meninggalkan struktur rangkaian rawak dengan sendi kuat yang besar. Lebih-lebih lagi, sifat fizikal (seperti diameter nanofiber, ketumpatan aerogel, dan sifat mekanik) dapat dikendalikan dengan hanya menyesuaikan templat dan jumlah bahan mentah.

Kerana nanofiber karbon keras dan sambungan yang dikimpal dengan banyak di antara gentian nanofiber, aerogel karbon keras memaparkan prestasi mekanikal yang kuat dan stabil, termasuk keanjalan super, kekuatan tinggi, kelajuan pemulihan yang sangat pantas (860 mm s-1) dan pekali kehilangan tenaga yang rendah ( <0.16). Setelah diuji di bawah tekanan 50% selama 104 kitaran, gel udara karbon menunjukkan hanya ubah bentuk plastik 2%, dan mengekalkan tekanan semula jadi 93%.

Airgel karbon keras dapat mengekalkan keanjalan super dalam keadaan yang keras, seperti nitrogen cair. Berdasarkan sifat mekanik yang menarik, gel udara karbon keras ini mempunyai janji dalam penggunaan sensor tekanan dengan kestabilan tinggi dan jarak detektif yang luas (50 KPa), serta konduktor yang dapat diregangkan atau dibengkokkan. Pendekatan ini menjanjikan untuk diperluas untuk membuat nanofiber komposit bukan karbon lain dan memberikan cara yang menjanjikan untuk mengubah bahan tegar menjadi bahan elastik atau fleksibel dengan merancang struktur mikro nanofiber.


Masa penghantaran: 13 Mac-2020