Kas ir oglekļa šķiedras?
Oglekļa šķiedras ir grafītam līdzīgas garas ķēdes oglekļa vienības, kurām ir tīkla struktūra. Oglekļa garās ķēdes tīkla vienības rodas oglekļa atomu katenācijas īpašību dēļ, ti, līdzīga elementa atomu saiknes dēļ.
Tomass Elva Edisons ir atzīts par pirmā oglekļa pavediena radīšanu, lai pārbaudītu spuldzes elektrisko kvēldiegu, izmantojot dabisko kokvilnu.
Prekursori ir neapstrādāti elementi, ko izmanto oglekļa šķiedru ražošanā.
Kā tiek ražota oglekļa šķiedra?
Lielākā daļa oglekļa šķiedras ir izgatavotas no procesa, ko sauc par poliakrilnitrilu vai PAN. Šajā procesā šķiedras loksne tiek pakļauta tik lielam karstumam, ka gandrīz viss, izņemot pašu oglekli, tiek nodedzināts.
Normālu oglekļa šķiedru ražošanas soļi:
1: Polimerizācija: lai izveidotu garas ķēdes polimēru, prekursors tiek polimerizēts.
2: Vērpšana: pēc tam polimēru savērpj garās šķiedrās. Parasti tiek izmantotas ķīmiskās un mehāniskās procedūras.
3: Oksidēšana: šķiedra tiek stabilizēta, karsējot to gaisā. Tas absorbē skābekli no gaisa un tiek pakļauts sarežģītam atomu pārkārtošanās procesam, lai stabilizētu šķiedru.
4: Karbonizācija: Ja nav skābekļa, oksidētās un stabilizētās šķiedras apstrāde augstā temperatūrā palīdz zaudēt oglekļa atomus, kā rezultātā veidojas cieši iesaiņota oglekļa šķiedra.
5: Virsmas apstrāde: Karbonizētajām šķiedrām ir sliktas savienošanas spējas, tāpēc tām ir grūti sapludināt ar epoksīdsveķiem, lai iegūtu kompozītmateriālu. Lai iegūtu šo saistīšanas spēju, virsmu apstrādā ar atbilstošām ķīmiskām vielām.
6: Izmēru noteikšana: aizsardzībai šķiedras ir pārklātas ar epoksīdu, neilonu, poliesteru un citiem materiāliem. To sauc par izmēru noteikšanu.
Pēc tam oglekļa šķiedras neapstrādātā loksne tiek sapludināta kopā ar citiem metāliem (svarīga daļa, lai izprastu oglekļa šķiedras vadītspēju), un iegūtais savienojums tiek apstrādāts un pielāgots, izmantojot ķīmiskos procesus.
Process ir padziļināts un tāpēc dārgs.
SAISTĪTI: 5 jautri izmantošanas veidi oglekļa šķiedras loksnēm
Vai oglekļa šķiedra pati par sevi ir vadoša?
Nē, oglekļa šķiedra nav pārāk vadoša, ja tā nav apvienota ne ar ko citu, ne siltuma, ne elektriskās vadītspējas ziņā.
Runājot par siltumvadītspēju (spēju vadīt siltumu), oglekļa šķiedra ir vidēja. Salīdzinoši augstas kvalitātes oglekļa šķiedrai ir aptuveni tikpat liela siltuma vadītspēja kā silīcijam, un pat augstākās klases oglekļa šķiedrai ir mazāka vadītspēja nekā alumīnijam.
Vienkārša vecā oglekļa šķiedra ir nedaudz labāka, ja runa ir par elektrisko vadītspēju, lai gan tā joprojām nav tik vadoša kā lielākā daļa metālu. Ja to izmanto kā elektrības vadītāju, vislabāk ir modificēt oglekļa šķiedru, aužot to kopā ar citiem metāliem vai izveidojot elektrību vadošāku oglekļa allotropu, piemēram, dimantu vai grafītu.
Kā mēs varam padarīt oglekļa šķiedru vadošāku?
Lai palielinātu elektrisko vadītspēju, oglekļa šķiedra pēc izolācijas jāapstrādā ar citiem materiāliem. Labākie savienojumi, ko kombinēt ar oglekļa šķiedru, lai palielinātu vadītspēju, ir latekss jonu vadītspējai (caur šķidrumu) un silīcija dioksīda dūmi elektroniskajai vadītspējai (caur cietām vielām).
Ir oglekļa allotropi, kas vada siltumu daudz labāk nekā oglekļa šķiedras -- dimants, jo īpaši, tas vada siltumu līdz pat 100 reizēm efektīvāk nekā parastā oglekļa šķiedra. Šo alotropu izveide nebūt nav vienkārša, taču ir procesi, kas saistīti ar spiedienu, siltumu un citām ķīmiskām reakcijām, kas padara transformācijas iespējamas. Ja oglekļa šķiedra tiek apstrādāta ar šiem oglekļa allotropiem, kad tie ir gatavi, oglekļa šķiedras siltumvadītspēja var palielināties vairākas reizes.
Tātad, vai oglekļa šķiedra ir vadoša? Ne tik daudz sākotnējā stāvoklī, bet tas var viegli mainīties ar nelielu zinātni.
SAISTĪTI: Kam izmanto oglekļa šķiedras iesaiņojumu?
Vai oglekļa šķiedra ir vadoša, salīdzinot ar metālu?
Ne pats par sevi, nē. Apstrādājot ar citiem metāliem, tā tomēr ir.
Oglekļa šķiedra pati par sevi nav lielisks elektrības vadītājs, salīdzinot ar metālu. Faktiski lielākā daļa metālu vada elektrību aptuveni 1000 reizes, kā arī parastā oglekļa šķiedra. Pat apstrādājot ar citiem materiāliem, oglekļa šķiedra elektrības vadītspējas ziņā joprojām nav tik laba kā metāls. Metāli, piemēram, sudrabs, alumīnijs un varš, ir īpaši labi vadīt elektrību, tomēr aptuveni 100 reizes ātrāk nekā oglekļa šķiedra, kas apstrādāta ar labiem elektrības vadītājiem.
Siltumenerģijas vadīšana ir cits stāsts. Labi izgatavota un pareizi apstrādāta oglekļa šķiedra patiesībā ir vairāk siltumvadītspējīga nekā metāls ar augstu vadītspēju, piemēram, varš.
Kādi ir vadošās oglekļa šķiedras lietojumi?
Apstrādāta oglekļa šķiedra tiek izmantota luksusa priekšmetos, piemēram, ķiverēs un bagāžā, kas ir viegla un izturīga. Bet oglekļa šķiedras vadītspēja spīd vairāk rūpnieciskos lietojumos, piemēram, konteineru apšuvumā inženiertehniskajos un kosmosa projektos.
Zinātne joprojām strādā, lai uzlabotu oglekļa šķiedras elektrisko vadītspēju. Salīdzinot ar tādām lietām kā metāla stieples, tā izcilās izturības, karstumizturības, viegluma un mazā izmēra dēļ ir sagaidāms, ka oglekļa šķiedras izstrādājumi nākotnē tiks izmantoti daudz vairāk kā vadītāji.
Oglekļa šķiedrai ir daudz pārsteidzošu īpašību. Viena no tām ir tās apbrīnojamās spējas kā siltuma vai elektrovadītājam, apstrādājot ar citiem metāla kompozītmateriāliem.
