La flessibilità meccanica è un fattore chiave che determina la stabilità e la durata dei materiali porosi in carbonio. La fragilità per compressione dei materiali carboniosi porosi è stata ben risolta. Però, la proprietà di allungabilità reversibile rimane una sfida importante a causa delle deboli connessioni delle reti di carbonio porose tridimensionali.

In uno studio pubblicato su Materiali avanzati , un team guidato dal Prof. YU Shuhong dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha sviluppato un materiale in carbonio poroso super-elastico con elevata comprimibilità ed elasticità, chiamata "molla in carbonio". La sua microstruttura e proprietà uniche lo rendono un materiale ideale per la produzione di vibrazioni intelligenti e sensori magnetici.

Ispirato alla deformazione elastica dell'arco ad arco, i ricercatori hanno introdotto un'esclusiva microstruttura multi-arco lamellare a lungo raggio per risolvere i problemi di fragilità sia a compressione che a trazione dei materiali porosi in carbonio. Le molle in carbonio sviluppate sulla base di questa microstruttura possono ottenere una deformazione reversibile di trazione e compressione nell'ampio intervallo di deformazione compreso tra -60% e 80% e possono rimbalzare completamente. Questo comportamento elastico è simile a quello di una vera molla metallica.

Utilizzando la molla in carbonio come componente chiave, i ricercatori hanno sviluppato un sensore di deformazione in grado di rilevare minuscole vibrazioni. Il limite di rilevamento della deformazione del sensore di vibrazione era almeno ± 0,5%, e la frequenza massima di vibrazione rilevata era di almeno 1000 Hz. Il sensore di vibrazione può fornire una risposta sensibile a una varietà di modelli di vibrazione complessi come le vibrazioni sismiche simulate.

Inoltre, co-assemblando Fe ₃ oh ₄ nanoparticelle nella molla di carbonio, i ricercatori hanno ottenuto una molla di carbonio magnetica che può essere guidata dal campo magnetico. Sulla base di questa molla in carbonio, è stato prodotto un nuovo tipo di sensore di magnetismo in grado di fornire una risposta stabile a un piccolo campo magnetico con un limite di rilevamento di appena 0,4 mT.

Questi due sensori potrebbero entrambi funzionare stabilmente a temperature comprese tra -100 e 350 °C.

Questo lavoro fornisce un modo efficace per costruire nuovi sensori intelligenti di vibrazione e magnetismo e una nuova strategia per creare materiali porosi altamente elastici e comprimibili per applicazioni estreme da altri componenti inorganici.