Inspirerat av flexibiliteten och stelheten hos naturliga spindelsilksbanor, utvecklade en forskargrupp ledd av prof. YU Shuhong från University of Science and Technology of China (USTC) en enkel och generell metod för att tillverka superelastiska och utmattningsresistenta hårda kolatomer med nanofibrous nätverksstruktur genom att använda resorcinol-formaldehydharts som en hård kolkälla.

Under de senaste decennierna har kol aerogeler utforskats i stor utsträckning med användning av grafitiska kol och mjuka kol, vilket visar fördelar med superelasticitet. Dessa elastiska aerogeller har vanligtvis känsliga mikrostrukturer med god utmattningsbeständighet men ultralowstyrka. Hårda kolhydrater visar stora fördelar i mekanisk hållfasthet och strukturell stabilitet på grund av den sp3 C-inducerade turbostratiska "hus-av-kort" -strukturen. Men styvheten och bräckligheten kommer helt klart i vägen för att uppnå superelasticitet med hårda kolhydrater. Hittills är det fortfarande en utmaning att tillverka superelastiska hårda kolbaserade aeroglar.

Polymerisationen av hartsmonomerer initierades i närvaro av nanofibrer som strukturella mallar för att framställa en hydrogel med nanofibrösa nätverk, följt av torkning och pyrolys för att få hård kol-luftgel. Under polymerisationen avsätts monomererna på mallar och svetsar fiberfiberfogarna, vilket lämnar en slumpmässig nätverksstruktur med massiva robusta fogar. Dessutom kan fysiska egenskaper (såsom diametrar av nanofiber, tätheter av aeroglar och mekaniska egenskaper) kontrolleras genom att helt enkelt ställa in mallar och mängden råmaterial.

På grund av de hårda kolananofibrerna och de rikliga svetsade lederna bland nanofibrerna, uppvisar de hårda kolatomererna robusta och stabila mekaniska prestanda, inklusive superelasticitet, hög hållfasthet, extremt snabb återhämtningshastighet (860 mm s-1) och låg energiförlustkoefficient ( <0,16). Efter testning under 50% belastning under 104 cykler uppvisar kolluftsgeln endast 2% plastisk deformation och behöll 93% ursprunglig spänning.

Den hårda kolluftsgeln kan bibehålla superelasticiteten under svåra förhållanden, såsom i flytande kväve. Baserat på de fascinerande mekaniska egenskaperna har denna hårda kolluftsgel lovat att applicera spänningssensorer med hög stabilitet och brett detektivområde (50 KPa), liksom sträckbara eller böjbara ledare. Detta tillvägagångssätt lovar att utvidgas till att göra andra icke-kolbaserade sammansatta nanofibrer och tillhandahåller ett lovande sätt att omvandla styva material till elastiska eller flexibla material genom att utforma de nanofibrösa mikrostrukturerna.