中国の研究者が超弾性ハードカーボンナノファイバーエアロゲルを開発

中国の科学技術大学(USTC)のYU Shuhong教授が率いる研究チームは、天然のスパイダーシルクウェブの柔軟性と剛性に触発され、ナノファイバーを備えた超弾性で耐疲労性のハードカーボンエアロゲルを製造するシンプルで一般的な方法を開発しました硬質炭素源としてレゾルシノールホルムアルデヒド樹脂を使用したネットワーク構造。

Chinese researchers develop superelastic hard carbon nanofiber aerogels1

最近の数十年で、カーボンエアロゲルは、超弾性の利点を示すグラファイトカーボンとソフトカーボンを使用して広く探究されてきました。これらの弾性エアロゲルは、通常、繊細な微細構造を持ち、耐疲労性は優れていますが、強度は非常に低くなっています。ハードカーボンは、sp3 Cに起因する乱層構造の「カードのハウス」構造により、機械的強度と構造安定性に大きな利点を示します。ただし、剛性と脆弱性は、ハードカーボンで超弾性を実現する際に明らかに邪魔になります。これまでのところ、超弾性ハードカーボンベースのエアロゲルを製造することは依然として課題です。

樹脂モノマーの重合は、ナノファイバーのネットワークでヒドロゲルを準備するための構造テンプレートとしてナノファイバーの存在下で開始され、続いて乾燥と熱分解によりハードカーボンエアロゲルが得られました。重合中、モノマーはテンプレートに堆積し、ファイバーとファイバーの接合部を溶接します。これにより、大規模で堅牢な接合部を持つランダムなネットワーク構造が残ります。さらに、物理特性(ナノファイバーの直径、エアロゲルの密度、機械的特性など)は、テンプレートと原材料の量を調整するだけで制御できます。

ハードカーボンナノファイバーとナノファイバー間の豊富な溶接継手により、ハードカーボンエアロゲルは、超弾性、高強度、非常に速い回復速度(860 mm s-1)、低エネルギー損失係数( <0.16)。104サイクルで50%のひずみの下でテストした後、カーボンエアロゲルは2%の塑性変形しか示さず、93%の元の応力を保持しました。

硬質炭素エアロゲルは、液体窒素などの過酷な条件で超弾性を維持できます。魅力的な機械的特性に基づいて、このハードカーボンエアロゲルは、高い安定性と広い検出範囲(50 KPa)を備えた応力センサー、および伸縮性または曲げ可能な導体のアプリケーションに期待できます。このアプローチは、他の非炭素ベースの複合ナノファイバーを作成するために拡張される可能性があり、ナノファイバーの微細構造を設計することにより、剛性材料を弾性または柔軟材料に変換する有望な方法を提供します。


投稿時間:2020年3月13日〜13日