آیا فیبر کربن رسانا است؟

الیاف کربن چیست؟

الیاف کربن واحدهای کربنی با زنجیره بلند شبیه گرافیت هستند که ساختار شبکه ای دارند. واحدهای شبکه‌ای با زنجیره بلند کربن به دلیل خاصیت کاتناسیون اتم‌های کربن، یعنی پیوند اتم‌های یک عنصر مشابه رخ می‌دهند.

توماس الوا ادیسون با ایجاد اولین رشته کربنی برای آزمایش در رشته الکتریکی لامپ با استفاده از پنبه طبیعی اعتبار دارد.

پیش سازها عناصر خام مورد استفاده در تولید الیاف کربن هستند.

فیبر کربن چگونه ساخته می شود؟

بیشتر فیبر کربن از فرآیندی به نام پلی اکریلونیتریل یا PAN ساخته می شود. در این فرآیند، یک ورق فیبر در معرض حرارت بالایی قرار می گیرد که تقریباً همه چیز به جز خود کربن می سوزد.

مراحل ساخت الیاف کربن معمولی:

1: پلیمریزاسیون: برای ساخت یک پلیمر با زنجیره بلند، پیش ساز را پلیمریزه می کنند.

2: ریسندگی: پس از آن پلیمر به صورت الیاف بلند ریسیده می شود. روش های شیمیایی و مکانیکی معمولا استفاده می شود.

3: اکسید کننده: فیبر با حرارت دادن در هوا تثبیت می شود. اکسیژن هوا را جذب می کند و برای تثبیت فیبر، تحت یک فرآیند پیچیده اتمی بازآرایی قرار می گیرد.

4: کربن‌سازی: در غیاب اکسیژن، تصفیه فیبر اکسید شده و تثبیت‌شده در دمای بالا به از بین رفتن اتم‌های غیر کربنی کمک می‌کند و در نتیجه فیبر کربن محکم بسته می‌شود.

5: عملیات سطحی: الیاف کربنیزه قابلیت اتصال ضعیفی دارند و ادغام آنها با رزین های اپوکسی برای تولید کامپوزیت را دشوار می کند. برای به دست آوردن این قابلیت اتصال، سطح با مواد شیمیایی مناسب درمان می شود.

6: اندازه: برای محافظت، الیاف با اپوکسی، نایلون، پلی استر و مواد دیگر پوشش داده می شوند. این به عنوان اندازه گیری نامیده می شود.

سپس ورق خام فیبر کربن با فلزات دیگر (بخش مهمی از درک رسانایی فیبر کربن) ادغام می شود و ترکیب حاصل با استفاده از فرآیندهای شیمیایی پردازش و اندازه می شود.

این فرآیند عمیق است و بنابراین گران است.

مرتبط: 5 کاربرد سرگرم کننده برای صفحات فیبر کربن

آیا فیبر کربن به تنهایی رسانا است؟

نه، فیبر کربن وقتی با چیز دیگری ترکیب نشود، نه از نظر هدایت حرارتی و نه از نظر هدایت الکتریکی، خیلی رسانا نیست.

وقتی صحبت از هدایت حرارتی (قابلیت هدایت گرما) می شود، فیبر کربن متوسط ​​است. فیبر کربن نسبتاً باکیفیت تقریباً به اندازه سیلیکون رسانایی گرمایی دارد و حتی فیبر کربن برتر از رسانایی کمتری نسبت به آلومینیوم برخوردار است.

فیبر کربن قدیمی ساده در مورد رسانایی الکتریکی کمی بهتر است، اگرچه هنوز به اندازه اکثر فلزات رسانا نیست. هنگامی که از آن به عنوان رسانای الکتریکی استفاده می شود، بهتر است فیبر کربن را با بافتن آن با سایر فلزات یا با ایجاد یک آلوتروپ کربن رسانای الکتریکی مانند الماس یا گرافیت اصلاح کنید.

چگونه می توانیم فیبر کربن را رساناتر کنیم؟

برای افزایش رسانایی الکتریکی، فیبر کربن پس از جداسازی باید با مواد دیگر درمان شود. بهترین ترکیبات برای ترکیب با فیبر کربن به منظور افزایش رسانایی، لاتکس برای هدایت یونی (از طریق مایع) و دوده سیلیس برای هدایت الکترونیکی (از طریق جامد) است.

آلوتروپ‌های کربنی وجود دارند که گرما را بسیار بهتر از الماس فیبر کربنی -- هدایت می‌کنند، به ویژه، گرما را تا 100 برابر مؤثرتر از فیبر کربن ساده هدایت می‌کنند. ایجاد این آلوتروپ ها بسیار آسان نیست، اما فرآیندهایی شامل فشار، گرما و سایر واکنش های شیمیایی وجود دارد که این دگرگونی ها را ممکن می کند. اگر فیبر کربن با این آلوتروپ های کربن در زمانی که آماده هستند درمان شود، هدایت حرارتی فیبر کربن می تواند چندین برابر افزایش یابد.

بنابراین، آیا فیبر کربن رسانا است؟ نه چندان در حالت پایه، اما با کمی علم می توان به راحتی تغییر کرد.

مطالب مرتبط: پوشش فیبر کربن برای چه مواردی استفاده می شود؟

آیا فیبر کربن در مقایسه با فلز رسانا است؟

نه به خودی خود، نه. با این حال، هنگامی که با فلزات دیگر درمان می شود، چنین است.

فیبر کربن به خودی خود رسانای خوبی برای الکتریسیته در مقایسه با فلز نیست. در واقع، بیشتر فلزات 1000 برابر و همچنین فیبر کربن ساده، الکتریسیته را هدایت می کنند. حتی زمانی که فیبر کربن با مواد دیگر درمان می‌شود، هنوز در مورد رسانایی الکتریسیته به خوبی فلز نیست. فلزاتی مانند نقره، آلومینیوم و مس به ویژه در رسانایی الکتریسیته خوب هستند، هنوز هم حدود 100 برابر سریعتر از فیبر کربنی که با هادی های الکتریسیته خوب پردازش شده است.

انتقال انرژی حرارتی داستان متفاوتی است. وقتی فیبر کربن به خوبی ساخته شده و به درستی درمان شود، در واقع رسانای گرما بیشتری نسبت به فلزی با رسانایی بالا مانند مس است.

کاربرد فیبر کربن رسانا چیست؟

فیبر کربن تصفیه شده در اقلام لوکس مانند کلاه ایمنی و چمدان استفاده می شود که از سبک بودن و بادوام بودن بهره می برند. اما رسانایی فیبر کربن در مصارف صنعتی بیشتر مانند سایدینگ ظروف در پروژه های مهندسی و هوافضا می درخشد.

علم هنوز در حال کار برای بهبود رسانایی الکتریکی فیبر کربن است. به دلیل دوام عالی، مقاومت در برابر حرارت، سبک وزن و اندازه کوچک آن در مقایسه با مواردی مانند سیم های فلزی، انتظار می رود که محصولات فیبر کربنی در آینده بسیار بیشتر به عنوان رسانا مورد استفاده قرار گیرند.

فیبر کربن دارای ویژگی های شگفت انگیز بسیاری است. یکی از آنها توانایی های شگفت انگیز آن به عنوان یک رسانای حرارتی یا الکتریکی در هنگام درمان با سایر کامپوزیت های فلزی است.