Chinese onderzoekers ontwikkelen superelastische harde koolstof nanovezel-aerogels

Geïnspireerd door de flexibiliteit en stijfheid van natuurlijke spinnenwebben, heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. YU Shuhong van de University of Science and Technology of China (USTC) een eenvoudige en algemene methode ontwikkeld om superelastische en vermoeidheidsbestendige harde koolstofaerogels te vervaardigen met nanovezel netwerkstructuur door resorcinol-formaldehydehars als harde koolstofbron te gebruiken.

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

In de afgelopen decennia zijn koolstof-aerogels op grote schaal onderzocht door gebruik te maken van grafiet- en zachte koolstofatomen, die voordelen vertonen wat betreft superelasticiteit. Deze elastische aerogels hebben meestal delicate microstructuren met een goede weerstand tegen vermoeidheid maar een zeer lage sterkte. Harde koolstofatomen vertonen grote voordelen wat betreft mechanische sterkte en structurele stabiliteit dankzij de door sp3 C geïnduceerde turbostratische "kaartenhuis" -structuur. De stijfheid en kwetsbaarheid staan ​​echter duidelijk in de weg om superelasticiteit te bereiken met harde koolstofatomen. Tot nu toe is het nog steeds een uitdaging om superelastische aerogels op basis van harde koolstof te fabriceren.

De polymerisatie van harsmonomeren werd gestart in aanwezigheid van nanovezels als structurele sjablonen om een ​​hydrogel met nanovezelnetwerken te bereiden, gevolgd door drogen en pyrolyse om harde koolstofaerogel te krijgen. Tijdens de polymerisatie zetten de monomeren zich af op sjablonen en lassen ze de vezelvezelverbindingen, waardoor er een willekeurige netwerkstructuur ontstaat met massieve robuuste verbindingen. Bovendien kunnen fysische eigenschappen (zoals diameters van nanovezels, dichtheden van aerogels en mechanische eigenschappen) worden geregeld door eenvoudig sjablonen en de hoeveelheid grondstoffen af ​​te stemmen.

Dankzij de harde koolstof nanovezels en de overvloedige lasverbindingen tussen de nanovezels vertonen de harde koolstof aerogels robuuste en stabiele mechanische prestaties, waaronder superelasticiteit, hoge sterkte, extreem hoge herstelsnelheid (860 mm s-1) en lage energieverliescoëfficiënt ( <0,16). Na 104 cycli onder een belasting van 50% te hebben ondergaan, vertoont de carbon-aerogel slechts 2% plastische vervorming en behield 93% de oorspronkelijke spanning.

De harde koolstof-aerogel kan de superelasticiteit behouden onder zware omstandigheden, zoals in vloeibare stikstof. Gebaseerd op de fascinerende mechanische eigenschappen, belooft deze harde koolstof-aerogel veelbelovende stress-sensoren met een hoge stabiliteit en een groot detectiegebied (50 KPa), evenals rekbare of buigzame geleiders. Deze benadering belooft te worden uitgebreid om andere niet-koolstofgebaseerde composiet nanovezels te maken en biedt een veelbelovende manier om stijve materialen om te zetten in elastische of flexibele materialen door de nanovezelige microstructuren te ontwerpen.


Post tijd: 13 maart 2020