Inspirée par la flexibilité et la rigidité des toiles de soie d'araignée naturelles, une équipe de recherche dirigée par le professeur YU Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a développé une méthode simple et générale pour fabriquer des aérogels de carbone dur superélastiques et résistants à la fatigue avec des nanofibres structure du réseau en utilisant la résine résorcinol-formaldéhyde comme source de carbone dur.

Au cours des dernières décennies, les aérogels de carbone ont été largement explorés en utilisant des carbones graphitiques et des carbones mous, qui présentent des avantages en termes de superélasticité. Ces aérogels élastiques ont généralement des microstructures délicates avec une bonne résistance à la fatigue mais une très faible résistance. Les charbons durs présentent de grands avantages en termes de résistance mécanique et de stabilité structurelle en raison de la structure turbostratique «château de cartes» induite par le C sp3. Cependant, la rigidité et la fragilité gênent clairement l'obtention d'une superélasticité avec les carbones durs. Jusqu'à présent, il est toujours difficile de fabriquer des aérogels à base de carbone dur superélastique.

La polymérisation des monomères résiniques a été initiée en présence de nanofibres en tant que modèles structuraux pour préparer un hydrogel avec des réseaux nanofibreux, suivi du séchage et de la pyrolyse pour obtenir un aérogel de carbone dur. Pendant la polymérisation, les monomères se déposent sur les modèles et soudent les joints fibre-fibre, laissant une structure de réseau aléatoire avec des joints massifs robustes. De plus, les propriétés physiques (telles que les diamètres des nanofibres, les densités des aérogels et les propriétés mécaniques) peuvent être contrôlées en ajustant simplement les modèles et la quantité de matières premières.

En raison des nanofibres de carbone dur et des joints soudés abondants parmi les nanofibres, les aérogels de carbone dur affichent des performances mécaniques robustes et stables, notamment une super-élasticité, une résistance élevée, une vitesse de récupération extrêmement rapide (860 mm s-1) et un faible coefficient de perte d'énergie ( <0,16). Après avoir été testé sous 50% de déformation pendant 104 cycles, l'aérogel de carbone ne montre que 2% de déformation plastique et a conservé 93% de contrainte d'origine.

L'aérogel de carbone dur peut maintenir la super-élasticité dans des conditions difficiles, comme dans l'azote liquide. Basé sur les propriétés mécaniques fascinantes, cet aérogel en carbone dur est prometteur dans l'application de capteurs de stress à haute stabilité et large plage de détection (50 KPa), ainsi que des conducteurs extensibles ou pliables. Cette approche est prometteuse d'être étendue pour fabriquer d'autres nanofibres composites sans carbone et fournit un moyen prometteur de transformer des matériaux rigides en matériaux élastiques ou flexibles en concevant les microstructures nanofibreuses.