Sợi Carbon là gì?
Sợi carbon là các đơn vị carbon chuỗi dài giống như than chì có cấu trúc nối mạng. Các đơn vị cacbon được nối mạng chuỗi dài xảy ra do tính chất catenation của các nguyên tử cacbon, tức là sự liên kết giữa các nguyên tử của một nguyên tố tương tự.
Thomas Elva Edison được ghi nhận là người đã tạo ra dây tóc cacbon đầu tiên để thử nghiệm dây tóc bóng đèn điện bằng bông tự nhiên.
Tiền chất là nguyên tố thô được sử dụng trong sản xuất sợi carbon.
Sợi carbon được tạo ra như thế nào?
Hầu hết sợi carbon được làm từ một quá trình gọi là polyacrylonitrile, hoặc PAN. Trong quá trình này, một tấm sợi tiếp xúc với nhiệt độ cao đến mức gần như mọi thứ ngoại trừ carbon đều bị đốt cháy.
Các bước sản xuất sợi carbon thông thường:
1: Phản ứng trùng hợp: Để tạo ra polyme chuỗi dài, tiền chất được trùng hợp.
2: Kéo sợi: Sau đó, polyme được kéo thành sợi dài. Các quy trình hóa học và cơ học thường được sử dụng.
3: Oxy hóa: Chất xơ được ổn định bằng cách nung nóng trong không khí. Nó hấp thụ oxy từ không khí và trải qua quá trình sắp xếp lại nguyên tử phức tạp để ổn định sợi.
4: Cacbon hóa: Trong trường hợp không có oxy, việc xử lý nhiệt độ cao đối với chất xơ bị oxy hóa và ổn định sẽ giúp làm mất đi các nguyên tử phi cacbon, dẫn đến sợi cacbon được nén chặt.
5: Xử lý bề mặt: Sợi cacbon hóa có khả năng liên kết kém khiến chúng khó kết hợp với nhựa epoxy để tạo thành composite. Để có được khả năng liên kết này, bề mặt được xử lý bằng các hóa chất thích hợp.
6: Định cỡ: Để bảo vệ, các sợi được phủ bằng epoxy, nylon, polyester và các vật liệu khác. Điều này được gọi là kích thước.
Sau đó, tấm sợi carbon thô được kết hợp với các kim loại khác (một phần quan trọng để hiểu độ dẫn của sợi carbon) và hợp chất tạo thành được xử lý và định cỡ bằng các quy trình hóa học.
Quá trình này rất chuyên sâu và do đó, tốn kém.
LIÊN QUAN: 5 công dụng thú vị của tấm sợi carbon
Sợi Carbon có dẫn điện không?
Không, sợi carbon không dẫn điện quá tốt khi nó không được kết hợp với bất kỳ thứ gì khác, cả về độ dẫn nhiệt lẫn điện.
Khi nói đến độ dẫn nhiệt (khả năng dẫn nhiệt), sợi carbon ở mức trung bình. Sợi carbon chất lượng tương đối cao có độ dẫn nhiệt tương đương với silicon, và thậm chí sợi carbon cao cấp nhất cũng có độ dẫn nhiệt kém hơn nhôm.
Sợi carbon cũ trơn tốt hơn một chút khi dẫn điện, mặc dù nó vẫn không dẫn điện như hầu hết các kim loại. Khi nó được sử dụng làm chất dẫn điện, tốt nhất nên sửa đổi sợi carbon bằng cách dệt nó cùng với các kim loại khác hoặc bằng cách tạo ra một dạng thù hình carbon dẫn điện tốt hơn như kim cương hoặc than chì.
Làm thế nào chúng ta có thể làm cho sợi carbon dẫn điện tốt hơn?
Để tăng tính dẫn điện, sợi carbon cần được xử lý bằng các vật liệu khác sau khi cô lập. Các hợp chất tốt nhất để kết hợp với sợi carbon nhằm tăng độ dẫn điện là mủ cao su để dẫn ion (qua chất lỏng) và khói silica để dẫn điện (qua chất rắn).
Có các dạng thù hình cacbon dẫn nhiệt tốt hơn nhiều so với sợi cacbon -- kim cương, đặc biệt, dẫn nhiệt hiệu quả hơn tới 100 lần so với sợi cacbon thông thường. Việc tạo ra các dạng thù hình này không hề dễ dàng, nhưng có những quá trình liên quan đến áp suất, nhiệt và các phản ứng hóa học khác khiến cho việc biến đổi có thể thực hiện được. Nếu sợi carbon được xử lý bằng các dạng thù hình carbon này khi chúng đã sẵn sàng thì độ dẫn nhiệt của sợi carbon có thể tăng lên gấp nhiều lần.
Vậy sợi carbon có dẫn điện không? Không quá nhiều ở trạng thái cơ bản, nhưng điều đó có thể thay đổi dễ dàng nếu có một chút khoa học.
LIÊN QUAN: Bọc sợi carbon được sử dụng để làm gì?
Sợi Carbon có dẫn điện khi so sánh với kim loại không?
Không phải tự nó, không. Tuy nhiên, khi được xử lý bằng các kim loại khác, nó lại như vậy.
Bản thân sợi carbon không phải là chất dẫn điện tốt so với kim loại. Trên thực tế, hầu hết các kim loại đều dẫn điện khoảng 1000 lần cũng như sợi carbon thông thường. Ngay cả khi được xử lý bằng các vật liệu khác, sợi carbon vẫn không tốt bằng kim loại khi dẫn điện. Các kim loại như bạc, nhôm và đồng đặc biệt dẫn điện tốt, vẫn nhanh gấp khoảng 100 lần so với sợi carbon được xử lý bằng chất dẫn điện tốt.
Dẫn nhiệt năng lại là một câu chuyện khác. Khi được chế tạo tốt và xử lý đúng cách, sợi carbon thực sự có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn kim loại dẫn điện cao như đồng.
Công dụng của sợi carbon dẫn điện là gì?
Sợi carbon đã qua xử lý được sử dụng trong các mặt hàng xa xỉ như mũ bảo hiểm và hành lý nhờ trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Nhưng tính dẫn điện của sợi carbon tỏa sáng trong nhiều ứng dụng công nghiệp hơn như vách thùng chứa trong các dự án kỹ thuật và hàng không vũ trụ.
Khoa học vẫn đang nỗ lực cải thiện tính dẫn điện của sợi carbon. Do độ bền cao, khả năng chịu nhiệt, trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ khi so sánh với những thứ như dây kim loại, người ta hy vọng rằng các sản phẩm sợi carbon sẽ được sử dụng làm dây dẫn nhiều hơn trong tương lai.
Sợi carbon có nhiều phẩm chất tuyệt vời. Một trong số đó là khả năng tuyệt vời của nó như một chất dẫn nhiệt hoặc điện khi được xử lý bằng các vật liệu tổng hợp kim loại khác.
