مستوحى من المرونة والصلابة لشبكات حرير العنكبوت الطبيعية ، طور فريق بحثي بقيادة البروفيسور YU Shuhong من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) طريقة بسيطة وعامة لتصنيع هوائيات كربونية صلبة فائقة المرونة ومقاومة للتعب باستخدام ألياف نانوية هيكل الشبكة باستخدام راتنج الريسورسينول فورمالديهايد كمصدر الكربون الصلب.

في العقود الأخيرة ، تم استكشاف الهباء الجوي الكربوني على نطاق واسع باستخدام الكربون الجرافيتي والكربونات اللينة ، والتي تظهر مزايا في المرونة الفائقة. عادة ما تحتوي هذه الهوائيات الهوائية المرنة على بنية دقيقة دقيقة مع مقاومة جيدة للتعب ولكن قوة فائقة. تُظهر الكربونات الصلبة مزايا رائعة في القوة الميكانيكية والاستقرار الهيكلي بسبب هيكل "منزل البطاقات" الناجم عن sp3. ومع ذلك ، من الواضح أن الصلابة والهشاشة تقف في طريق تحقيق المرونة الفائقة باستخدام الكربون الصلب. حتى الآن ، لا يزال من الصعب تصنيع الهوائيات الكربونية الصلبة فائقة المرونة.

بدأت بلمرة مونومرات الراتينج في وجود ألياف نانوية كقوالب هيكلية لتحضير هيدروجيل بشبكات نانوية ليفية ، يليها التجفيف والتحلل الحراري للحصول على هواء الكربون الصلب. أثناء البلمرة ، تودع المونومرات في قوالب وتلحم وصلات الألياف الليفية ، تاركة بنية شبكة عشوائية بمفاصل قوية ضخمة. علاوة على ذلك ، يمكن التحكم في الخواص الفيزيائية (مثل أقطار الألياف النانوية وكثافة الهوائيّات والخواص الميكانيكية) عن طريق ضبط القوالب وكمية المواد الخام.

نظرًا للألياف النانوية الكربونية الصلبة والمفاصل الملحومة الوفيرة بين الألياف النانوية ، تعرض الأيروجرونات الكربونية الصلبة أداء ميكانيكيًا قويًا ومستقرًا ، بما في ذلك المرونة الفائقة والقوة العالية وسرعة الاسترداد السريعة للغاية (860 مم s-1) ومعامل فقدان الطاقة المنخفض ( <0.16). بعد اختباره تحت ضغط 50٪ لمدة 104 دورات ، يُظهر الهوائي الكربوني تشوهًا بلاستيكيًا بنسبة 2٪ فقط ، ويحتفظ بـ 93٪ من الضغط الأصلي.

يمكن للهواء ذو ​​الكربون الصلب الحفاظ على المرونة الفائقة في الظروف القاسية ، مثل النيتروجين السائل. استنادًا إلى الخصائص الميكانيكية الرائعة ، يعد هذا الهوائي الهوائي من الكربون الصلب واعدًا في تطبيق أجهزة استشعار الإجهاد ذات الثبات العالي ونطاق الكشف الواسع (50 كيلو باسكال) ، بالإضافة إلى الموصلات القابلة للامتداد أو الانحناء. هذا النهج يبشر بالتمدد ليصنع أليافًا نانوية مركبة أخرى غير كربونية ويوفر طريقة واعدة لتحويل المواد الصلبة إلى مواد مرنة أو مرنة من خلال تصميم الهياكل الدقيقة النانوية.