图1. 硬碳气凝胶的制备。（a）示意图，表明通过使用纳米线作为模板的通用合成方法；（b）以BCNF@RF为例，宏量合成RF纳米纤维水凝胶；（c）硬碳气凝胶SEM图像；（d）显示纳米纤维网状结构和纤维-纤维的焊接点。
与传统硬而脆的硬碳块材不同，这种硬碳气凝胶表现出优异的弹性性能（图2），主要包括：结构稳定性（在压缩50%之后，微观结构依然能恢复）；高回弹速度（860 mm s-1），高于众多石墨碳基的弹性材料；低能量损耗系数（<0.16），一般石墨及软碳材料内部存在的分子间作用力，会造成粘附力和摩擦力从而耗散很多能量；抗疲劳性，在50%应变下测试104个循环后，碳气凝胶仅显示2%的塑性变形，并保持93%的初始应力。研究人员还探索了这种硬碳气凝胶在弹性导体方面的应用，在50%的应变下多次压缩循环后，电阻几乎不变，展示出稳定的机械-电学性能，同时可以在苛刻的条件下（例如在液氮中）保持超弹性及电阻稳定性。
图2. 碳气凝胶的机械性能。（a）BCNF@C气凝胶的原位SEM；（b）不同材料能量损耗系数的对比；（c）不同材料回弹速度的对比；（d）碳气凝胶不同循环下的应力-应变曲线。
基于其优异的机械性能，这种硬碳气凝胶有望应用于具有高稳定性、大量程（50 KPa）、可拉伸或可弯曲的应力传感器。此外，这种方法可扩展到制备其他非碳基复合纳米纤维气凝胶，为今后提供了一种通过设计纳米纤维的微观结构将刚性材料转变成弹性或柔性材料的新途径。
该项研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点项目、中科院前沿科学重点研究项目、中科院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心等的资助。
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来源：中国腐蚀与防腐网
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