Mechanische flexibiliteit is een sleutelfactor die de stabiliteit en duurzaamheid van poreuze koolstofmaterialen bepaalt. De samendrukkende brosheid van poreuze koolstofmaterialen is goed opgelost. Echter, omkeerbare rekbaarheid blijft een grote uitdaging vanwege de zwakke verbindingen van de driedimensionale poreuze koolstofnetwerken.

In een studie gepubliceerd in Geavanceerde materialen , een team onder leiding van prof. YU Shuhong van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) ontwikkelde een superelastisch poreus koolstofmateriaal met zowel een hoge samendrukbaarheid als rekbaarheid, genaamd "koolstofveer". Zijn unieke microstructuur en eigenschappen maken het een ideaal materiaal voor de productie van intelligente vibratie- en magnetische sensoren.

Geïnspireerd door de elastische vervorming van gebogen boog, de onderzoekers introduceerden een unieke lange-afstands lamellaire multi-arch microstructuur om zowel compressie- als trekbrosheidsproblemen van poreuze koolstofmaterialen op te lossen. De koolstofveren die op basis van deze microstructuur zijn ontwikkeld, kunnen omkeerbare trek- en drukvervorming bereiken in het grote spanningsbereik van -60% tot 80% en kunnen volledig terugveren. Dit elastische gedrag is vergelijkbaar met dat van een echte metalen veer.

Met behulp van de koolstofveer als een belangrijk onderdeel, de onderzoekers ontwikkelden een spanningssensor die kleine trillingen kan detecteren. De rekdetectielimiet van de trillingssensor was minimaal ± 0,5%, en de maximaal gedetecteerde trillingsfrequentie was ten minste 1000 Hz. De trillingssensor kan gevoelig reageren op een verscheidenheid aan complexe trillingspatronen, zoals gesimuleerde seismische trillingen.

In aanvulling, door Fe . samen te assembleren ₃ O ₄ nanodeeltjes in de koolstofveer, de onderzoekers verkregen een magnetische koolstofveer die kan worden aangedreven door een magnetisch veld. Op basis van deze koolstofveer, er werd een nieuw type magnetismesensor vervaardigd die een stabiele respons kon geven op een klein magnetisch veld met een detectielimiet van slechts 0,4 mT.

Deze twee sensoren kunnen beide stabiel werken bij temperaturen van -100 tot 350 °C.

Dit werk biedt een effectieve manier om nieuwe intelligente trillings- en magnetismesensoren te construeren en een nieuwe strategie om zeer rekbare en samendrukbare poreuze materialen te maken voor extreme toepassingen van andere anorganische componenten.