Mekanisk flexibilitet är en nyckelfaktor som bestämmer stabiliteten och hållbarheten hos porösa kolmaterial. Den komprimerande sprödheten hos porösa kolmaterial har lösts väl. Dock, reversibla sträckbarhetsegenskaper förblir en stor utmaning på grund av de svaga kopplingarna mellan de tredimensionella porösa kolnäten.

I en studie publicerad i Avancerat material , ett team ledd av prof. YU Shuhong från University of Science and Technology of China (USTC) utvecklade ett superelastiskt poröst kolmaterial med både hög kompressibilitet och töjbarhet, kallas "kolfjäder". Dess unika mikrostruktur och egenskaper gör det till ett idealiskt material för tillverkning av intelligenta vibrations- och magnetiska sensorer.

Inspirerad av den elastiska deformationen av den välvda bågen, forskarna introducerade en unik lamellär flerbågsmikrostruktur med lång räckvidd för att lösa både kompressions- och dragsprödhetsproblem hos porösa kolmaterial. Kolfjädrarna som utvecklats baserat på denna mikrostruktur kan uppnå reversibel drag- och tryckdeformation i det stora töjningsområdet på -60 % till 80 % och kan återhämta sig helt. Detta elastiska beteende liknar det hos en riktig metallfjäder.

Att använda kolfjädern som en nyckelkomponent, forskarna utvecklade en töjningssensor som kan upptäcka små vibrationer. Töjningsdetekteringsgränsen för vibrationssensorn var minst ± 0,5 %, och den maximala detekterade vibrationsfrekvensen var minst 1000 Hz. Vibrationssensorn kan ge känslig respons på en mängd olika komplexa vibrationsmönster som simulerade seismiska vibrationer.

Dessutom, genom att sammontera Fe ₃ O ₄ nanopartiklar in i kolfjädern, forskarna skaffade en magnetisk kolfjäder som kan drivas av magnetfält. Baserat på denna kolfjäder, en ny typ av magnetismsensor tillverkades som kunde ge ett stabilt svar på ett litet magnetfält med detektionsgränsen på så liten som 0,4 mT.

Dessa två sensorer kan båda fungera stabilt i temperaturer från -100 till 350 °C.

Detta arbete ger ett effektivt sätt att konstruera nya intelligenta vibrations- och magnetismsensorer och en ny strategi för att skapa mycket töjbara och komprimerbara porösa material för extrema tillämpningar från andra oorganiska komponenter.