Pesquisadores chineses desenvolvem aerogéis superelásticos de nanofibras de carbono duro

Inspirada na flexibilidade e rigidez das teias de seda de aranha natural, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. YU Shuhong da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) desenvolveu um método simples e geral para fabricar aerogéis de carbono duro superelásticos e resistentes à fadiga com nanofibras estrutura de rede usando a resina resorcinol-formaldeído como fonte de carbono rígido.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

Nas últimas décadas, os aerogéis de carbono têm sido amplamente explorados com o uso de carbonos grafíticos e carbonos macios, que apresentam vantagens na superelasticidade. Esses aerogéis elásticos costumam ter microestruturas delicadas, com boa resistência à fadiga, mas com resistência ultrabaixa. Os carbonos duros mostram grandes vantagens em resistência mecânica e estabilidade estrutural devido à estrutura “casa de cartões” turbostrática induzida por sp3 C. No entanto, a rigidez e a fragilidade impedem claramente a superelasticidade com carbonos duros. Até agora, ainda é um desafio fabricar aerogéis superelásticos à base de carbono duro.

A polimerização de monômeros de resina foi iniciada na presença de nanofibras como modelos estruturais para preparar um hidrogel com redes nanofibras, seguida pela secagem e pirólise para obter aerogel de carbono rígido. Durante a polimerização, os monômeros se depositam nos gabaritos e soldam as juntas de fibra-fibra, deixando uma estrutura de rede aleatória com juntas robustas e maciças. Além disso, propriedades físicas (como diâmetros de nanofibras, densidades de aerogéis e propriedades mecânicas) podem ser controladas simplesmente ajustando modelos e a quantidade de matéria-prima.

Devido às nanofibras de carbono duro e às juntas soldadas abundantes entre as nanofibras, os aerogéis de carbono duro exibem desempenho mecânico robusto e estável, incluindo super elasticidade, alta resistência, velocidade de recuperação extremamente rápida (860 mm s-1) e baixo coeficiente de perda de energia ( <0,16). Depois de testado sob uma tensão de 50% por 104 ciclos, o aerogel de carbono mostra apenas 2% de deformação plástica e retém 93% do estresse original.

O aerogel de carbono duro pode manter a super elasticidade em condições adversas, como no nitrogênio líquido. Com base nas propriedades mecânicas fascinantes, esse aerogel de carbono duro é promissor na aplicação de sensores de estresse com alta estabilidade e amplo alcance de detecção (50 KPa), além de condutores elásticos ou flexíveis. Essa abordagem promete ser estendida para produzir outras nanofibras compostas não baseadas em carbono e fornece uma maneira promissora de transformar materiais rígidos em materiais elásticos ou flexíveis, projetando as microestruturas nanofibrosas.


Hora do post: 13-Mar-20-20