La flexibilité mécanique est un facteur clé déterminant la stabilité et la durabilité des matériaux en carbone poreux. La fragilité en compression des matériaux carbonés poreux a été bien résolue. Cependant, La propriété d'extensibilité réversible reste un défi majeur en raison de la faiblesse des connexions des réseaux de carbone poreux tridimensionnels.

Dans une étude publiée dans Matériaux avancés , une équipe dirigée par le professeur YU Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a développé un matériau de carbone poreux super-élastique avec à la fois une compressibilité et une extensibilité élevées, appelé "ressort en carbone". Sa microstructure et ses propriétés uniques en font un matériau idéal pour la fabrication de capteurs de vibrations et magnétiques intelligents.

Inspiré par la déformation élastique de l'arc arqué, les chercheurs ont introduit une microstructure multi-arcs lamellaire unique à longue portée pour résoudre les problèmes de fragilité en compression et en traction des matériaux de carbone poreux. Les ressorts en carbone développés sur la base de cette microstructure peuvent obtenir une déformation réversible en traction et en compression dans la large plage de contraintes de -60% à 80% et peuvent rebondir complètement. Ce comportement élastique est similaire à celui d'un vrai ressort métallique.

En utilisant le ressort en carbone comme élément clé, les chercheurs ont développé un capteur de contrainte capable de détecter de minuscules vibrations. La limite de détection de contrainte du capteur de vibration était d'au moins ± 0,5%, et la fréquence de vibration maximale détectée était d'au moins 1000 Hz. Le capteur de vibration peut réagir de manière sensible à une variété de modèles de vibration complexes tels que des vibrations sismiques simulées.

En outre, en co-assemblant Fe 3 O 4 nanoparticules dans le ressort de carbone, les chercheurs ont obtenu un ressort magnétique en carbone qui peut être entraîné par un champ magnétique. Sur la base de ce ressort en carbone, un nouveau type de capteur de magnétisme a été fabriqué, capable de répondre de manière stable à un petit champ magnétique avec une limite de détection aussi petite que 0,4 mT.

Ces deux capteurs pourraient tous les deux fonctionner de manière stable à des températures allant de -100 à 350 °C.

Ce travail fournit un moyen efficace de construire de nouveaux capteurs intelligents de vibrations et de magnétisme et une nouvelle stratégie pour créer des matériaux poreux hautement extensibles et compressibles pour des applications extrêmes à partir d'autres composants inorganiques.