Lấy cảm hứng từ sự linh hoạt và cứng nhắc của mạng nhện tơ tự nhiên, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư YU Shuhong từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) dẫn đầu đã phát triển một phương pháp đơn giản và tổng quát để chế tạo các aerogel carbon cứng siêu bền và chống mỏi bằng sợi nano cấu trúc mạng bằng cách sử dụng nhựa resorcinol-formaldehyd làm nguồn carbon cứng.

Trong những thập kỷ gần đây, aerogel carbon đã được khám phá rộng rãi bằng cách sử dụng các loại than chì và than chì mềm, cho thấy lợi thế về tính siêu dẻo. Những aerogel đàn hồi này thường có cấu trúc vi mô tinh tế với khả năng chống mỏi tốt nhưng độ bền cực nhanh. Cacbon cứng cho thấy những lợi thế lớn về độ bền cơ học và độ ổn định cấu trúc do cấu trúc nhà-thẻ-thẻ-cánh quạt cảm ứng sp3 C gây ra. Tuy nhiên, độ cứng và dễ vỡ rõ ràng có được trong cách đạt được sự siêu phàm với các nguyên tử cứng. Cho đến nay, vẫn là một thách thức để chế tạo các aerogel dựa trên carbon cứng siêu cứng.

Sự trùng hợp của các monome nhựa được bắt đầu với sự có mặt của các sợi nano như các mẫu cấu trúc để điều chế hydrogel với các mạng lưới nano, sau đó là sấy khô và nhiệt phân để có được khí carbon cứng. Trong quá trình trùng hợp, các monome lắng đọng trên các mẫu và hàn các mối nối sợi quang, để lại một cấu trúc mạng ngẫu nhiên với các khớp lớn mạnh mẽ. Hơn nữa, các tính chất vật lý (như đường kính của sợi nano, mật độ của aerogel và tính chất cơ học) có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các mẫu đơn giản và lượng nguyên liệu thô.

Do các sợi nano cứng và các khớp hàn dồi dào giữa các sợi nano, aerogel carbon cứng thể hiện các hiệu suất cơ học mạnh mẽ và ổn định, bao gồm siêu đàn hồi, cường độ cao, tốc độ phục hồi cực nhanh (860 mm s-1) và hệ số tổn thất năng lượng thấp ( <0,16). Sau khi thử nghiệm dưới 50% biến dạng trong 104 chu kỳ, aerogel carbon chỉ cho thấy biến dạng dẻo 2% và giữ lại 93% ứng suất ban đầu.

Các aerogel carbon cứng có thể duy trì độ siêu đàn hồi trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như trong nitơ lỏng. Dựa trên các tính chất cơ học hấp dẫn, aerogel carbon cứng này hứa hẹn sẽ ứng dụng các cảm biến căng thẳng với độ ổn định cao và phạm vi thám tử rộng (50 KPa), cũng như các dây dẫn có thể kéo giãn hoặc uốn cong được. Cách tiếp cận này hứa hẹn sẽ được mở rộng để tạo ra các sợi nano hỗn hợp phi carbon khác và cung cấp một cách đầy hứa hẹn để biến đổi các vật liệu cứng thành vật liệu đàn hồi hoặc linh hoạt bằng cách thiết kế các cấu trúc vi sợi nano.