Les chercheurs ont conçu des aérogels de carbone qui peuvent être étirés de manière réversible à plus de trois fois leur longueur d'origine, présentant une élasticité similaire à celle d'un élastique. En ajoutant une extensibilité réversible aux propriétés existantes des aérogels (qui incluent déjà une densité ultra-faible, poids léger, haute porosité, et haute conductivité), les résultats peuvent conduire à une multitude de nouvelles applications des aérogels de carbone.

Les chercheurs, dirigé par Chao Gao, Zhen Xu, et d'autres à l'Université du Zhejiang, ont publié un article sur les aérogels de carbone hautement extensibles dans un récent numéro de Communication Nature .

"Nous avons montré la possibilité que les matériaux inorganiques purs puissent également posséder une élasticité caoutchouteuse, " a déclaré le coauteur Fan Guo de l'Université du Zhejiang Phys.org . "L'aérogel de carbone caoutchouteux ouvre une nouvelle espèce de matériau qui allie ultra-légèreté, haute élasticité invariante à la température, et des performances mécaniques robustes."

En raison de la demande croissante d'électronique extensible, les chercheurs ont récemment étudié des méthodes pour améliorer l'élasticité des aérogels de carbone, qui ne sont généralement pas très élastiques.

Dans le nouveau travail, les scientifiques ont conçu des aérogels de carbone constitués à la fois de graphène (un matériau bidimensionnel) et de nanotubes de carbone à parois multiples (CNT, un matériau unidimensionnel), assemblés en quatre ordres de structures hiérarchiques allant du nanomètre au centimètre. Pour fabriquer le matériau en aérogels, les chercheurs ont créé une encre composée d'oxyde de graphène et de nanotubes, puis formé les aérogels par impression à jet d'encre.

Dans les essais, les chercheurs ont démontré que les nouveaux aérogels présentent une résistance à la traction 5 fois supérieure à celle des aérogels précédents. Ils ont découvert qu'une forte liaison atomique entre le graphène et les NTC entraîne un effet synergique, conduisant à une plus grande élasticité et stabilité d'étirement. En outre, les nouveaux aérogels peuvent résister à des températures extrêmes, contrairement à la plupart des tentatives précédentes d'aérogels étirables dans lesquelles les aérogels deviennent visqueux ou cassants lorsqu'ils sont exposés à la chaleur ou au froid.

Pour démontrer une application possible, les chercheurs ont attaché trois des nouveaux aérogels extensibles sur les articulations d'un robot en forme de serpent. Les aérogels fonctionnent comme des capteurs pour surveiller les mouvements et les configurations du robot. Contrairement aux capteurs conventionnels qui ne peuvent détecter qu'une déformation unidirectionnelle, les capteurs d'aérogel peuvent distinguer plusieurs configurations, suggérant la possibilité d'une nouvelle génération de capteurs avec la capacité d'identification logique des changements de forme sophistiqués.

D'autres applications potentielles des aérogels étirables comprennent les dispositifs électroniques portables, applications aérospatiales, production et stockage d'énergie, ainsi que de les utiliser comme dispositifs mécaniques légers, surtout dans des conditions de températures extrêmes.

"Cet aérogel de carbone caoutchouteux ouvre de nombreuses possibilités, " dit Guo. " D'abord, la résistance et le module de Young [une mesure de l'élasticité à la traction] des caoutchoucs de carbone sont inférieurs à ceux des élastomères polymères. En général, le module de Young des caoutchoucs polymères est supérieur de 1 à 2 ordres de grandeur à celui de nos caoutchoucs au carbone.

"Seconde, nous nous efforçons de rendre les aérogels de carbone plus robustes mécaniquement afin de supporter des déformations extrêmes et compliquées, comme un allongement et une torsion plus élevés. Pendant ce temps, plus d'applications de ce nouveau caoutchouc de carbone peuvent être explorées et d'autres types de caoutchoucs inorganiques peuvent être obtenus au moyen de cette méthodologie d'assemblage synergique hiérarchique. »

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