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碳材料可按碳原子雜化軌道的不同分為石墨碳、軟碳和硬碳。通常來(lái)說(shuō)，石墨碳和軟碳具有高彈性，但是強(qiáng)度較低，容易變形，而硬碳的強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好，但是易碎。如何將硬碳材料制備成超彈性材料仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

最近，中科大俞書(shū)宏教授課題組受到自然界的蜘蛛網(wǎng)同時(shí)具有高強(qiáng)度和高彈性的啟發(fā)，巧妙通過(guò)模板法構(gòu)筑納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予傳統(tǒng)硬碳材料超彈性。通過(guò)使用間苯二酚-甲醛（RF）樹(shù)脂作為硬碳源，以多種納米纖維，包括細(xì)菌纖維素納米纖維，碲納米線和碳納米管作為結(jié)構(gòu)模板制備RF的納米纖維氣凝膠，通過(guò)高溫碳化即可得到超彈性和抗疲勞硬碳?xì)饽z（HCA）。

研究者通過(guò)簡(jiǎn)單地控制原料配比，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)氣凝膠物理參數(shù)的調(diào)控。而且，得益于納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和纖維間的硬碳焊接點(diǎn)，所得的HCAs具有優(yōu)異的機(jī)械性能。通過(guò)原位掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)50%的壓縮后，材料的整體結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀，并沒(méi)有明顯的結(jié)構(gòu)破壞或不可逆形變。

該材料具有優(yōu)異的彈性性能，回彈速度高達(dá)860 mm·s^-1，能量損耗系數(shù)低至0.16，與傳統(tǒng)碳材料相比，兼具彈性與強(qiáng)度。

這種新型HCA還實(shí)現(xiàn)了彈性和強(qiáng)度之間的平衡，研究者探究了其作為大量程壓阻式傳感器，以及可拉伸/可彎曲導(dǎo)體的相關(guān)性質(zhì)。結(jié)果表明，該彈性導(dǎo)體具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)和組分的穩(wěn)定性，可以在苛刻環(huán)境中工作（如液氮中）。

該研究的最大意義在于，通過(guò)自然材料的啟發(fā)和精心設(shè)計(jì)的微觀結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的脆性僵硬的樹(shù)脂轉(zhuǎn)變成高性能超彈性的硬碳?xì)饽z材料。與傳統(tǒng)碳材料相比，該氣凝膠具有極高的回彈速度、極低的能量損耗、同時(shí)保持了高強(qiáng)度和穩(wěn)定性。該方法有望擴(kuò)展到制備其他非碳基納米纖維材料，為研究者提供一種通過(guò)設(shè)計(jì)納米纖維的微觀結(jié)構(gòu)將剛性材料轉(zhuǎn)變成彈性或柔性材料的新思路。