I ricercatori hanno progettato aerogel in carbonio che possono essere allungati in modo reversibile fino a più di tre volte la loro lunghezza originale, mostrando un'elasticità simile a quella di un elastico. Aggiungendo l'elasticità reversibile alle proprietà esistenti degli aerogel (che includono già una densità ultrabassa, peso leggero, elevata porosità, e alta conducibilità), i risultati potrebbero portare a una serie di nuove applicazioni di aerogel di carbonio.

I ricercatori, guidato da Chao Gao, Zhen Xu, e altri alla Zhejiang University, hanno pubblicato un articolo sugli aerogel di carbonio altamente estensibili in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"Abbiamo mostrato la possibilità che i materiali inorganici puri possano anche possedere elasticità gommosa, " ha detto il coautore Fan Guo dell'Università di Zhejiang Phys.org . "L'aerogel gommoso in carbonio apre una nuova specie di materiale che combina ultra-leggerezza, elevata elasticità invariabile alla temperatura, e robuste prestazioni meccaniche."

A causa della crescente domanda di elettronica estensibile, i ricercatori hanno recentemente studiato metodi per migliorare l'elasticità degli aerogel di carbonio, che in genere non sono molto elastici.

Nel nuovo lavoro, gli scienziati hanno progettato aerogel di carbonio costituiti sia da grafene (un materiale bidimensionale) che da nanotubi di carbonio a parete multipla (CNT, un materiale unidimensionale), assemblati in quattro ordini di strutture gerarchiche che vanno dalla scala nanometrica a quella centimetrica. Per fabbricare il materiale in aerogel, i ricercatori hanno creato un inchiostro composto da ossido di grafene e nanotubi, e poi ha formato gli aerogel tramite stampa a getto d'inchiostro.

Nei test, i ricercatori hanno dimostrato che i nuovi aerogel mostrano una resistenza alla trazione 5 volte superiore a quella dei precedenti aerogel. Hanno scoperto che un forte legame atomico tra il grafene e i CNT si traduce in un effetto sinergico, portando a una maggiore elasticità e stabilità dello stiramento. Inoltre, i nuovi aerogel possono resistere a temperature estreme, a differenza della maggior parte dei precedenti tentativi di aerogel estensibili in cui gli aerogel diventano viscosi o fragili se esposti al calore o al freddo.

Per dimostrare una possibile applicazione, i ricercatori hanno attaccato tre dei nuovi aerogel estensibili alle articolazioni di un robot simile a un serpente. Gli aerogel funzionano come sensori per monitorare i movimenti e le configurazioni del robot. A differenza dei sensori convenzionali in grado di rilevare solo la deformazione unidirezionale, i sensori di aerogel possono distinguere tra più configurazioni, suggerendo la possibilità di una nuova generazione di sensori con la capacità di identificazione logica di sofisticati cambiamenti di forma.

Altre potenziali applicazioni degli aerogel estensibili includono dispositivi elettronici indossabili, applicazioni aerospaziali, generazione e stoccaggio di energia, oltre a usarli come dispositivi meccanici leggeri, soprattutto in condizioni di temperatura estreme.

"Questo aerogel gommoso in carbonio apre molte possibilità, "Guo ha detto. "In primo luogo, la resistenza e il modulo di Young [una misura dell'elasticità a trazione] delle gomme al carbonio sono inferiori a quelli degli elastomeri polimerici. Generalmente, il modulo di Young delle gomme polimeriche è di 1-2 ordini di grandezza superiore alle nostre gomme al carbonio.

"Secondo, ci stiamo sforzando di rendere gli aerogel di carbonio più meccanicamente robusti per sopportare deformazioni estreme e complicate, come allungamento e torsione maggiori. Nel frattempo, è possibile esplorare più applicazioni di questa nuova gomma al carbonio e ottenere altri tipi di gomme inorganiche mediante questa metodologia di assemblaggio sinergico gerarchico".

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