האם סיבי פחמן מוליכים?

מהם סיבי פחמן?

סיבי פחמן הם יחידות פחמן ארוכות דמויות גרפיט בעלות מבנה מרושת. היחידות המרושתות ארוכות השרשרת של פחמן מתרחשות עקב תכונת הקטנטציה של אטומי פחמן, כלומר הקישור של אטומים של יסוד דומה.

תומס אלווה אדיסון זוכה ליצירת חוט הפחמן הראשון לבדיקה בפילמנט החשמלי של הנורה באמצעות כותנה טבעית.

מבשרים הם היסודות הגולמיים המשמשים בייצור סיבי פחמן.

איך מיוצרים סיבי פחמן?

רוב סיבי הפחמן עשויים מתהליך הנקרא פולי-אקרילוניטריל, או PAN. בתהליך, יריעת סיבים נחשפת לחום כה גבוה עד שכמעט הכל חוץ מהפחמן עצמו נשרף.

שלבים לייצור סיבי פחמן רגילים:

1: פילמור: כדי ליצור פולימר בעל שרשרת ארוכה, המבשר עובר פילמור.

2: ספינינג: לאחר מכן, הפולימר מסובב לסיבים ארוכים. נהלים כימיים ומכאניים משמשים בדרך כלל.

3: מחמצן: הסיב מיוצב על ידי חימום באוויר. הוא סופג חמצן מהאוויר ועובר תהליך סידור אטומי מתוחכם לייצוב הסיבים.

4: פחמן: בהיעדר חמצן, טיפול בטמפרטורה גבוהה בסיבים המחומצנים והמיוצבים מסייע לאובדן אטומים שאינם פחמן, וכתוצאה מכך סיבי פחמן ארוזים בחוזקה.

5: טיפול פני השטח: לסיבים מופחמים יש יכולות הדבקה גרועות, מה שמקשה עליהם להתמזג עם שרף אפוקסי לייצור קומפוזיט. כדי לרכוש את יכולת הקישור הזו, מטופל המשטח בכימיקלים המתאימים.

6: גודל: להגנה, הסיבים מצופים באפוקסי, ניילון, פוליאסטר וחומרים נוספים. זה מכונה גודל.

לאחר מכן ממזגים את הגיליון הגולמי של סיבי הפחמן יחד עם מתכות אחרות (חלק חשוב בהבנת מוליכות סיבי הפחמן), והתרכובת המתקבלת מטופלת וגודלה באמצעות תהליכים כימיים.

התהליך מעמיק ולכן יקר.

קשורים: 5 שימושים מהנים ליריעות סיבי פחמן

האם סיבי פחמן מוליכים בפני עצמו?

לא, סיבי פחמן אינם מוליכים מדי כאשר הם אינם משולבים עם שום דבר אחר, לא מבחינת מוליכות תרמית ולא חשמלית.

כשמדובר מוליכות תרמית (היכולת להוביל חום), סיבי פחמן הם ממוצעים. לסיבי פחמן איכותיים יחסית יש מוליכות חום בערך כמו לסיליקון, ואפילו לסיבי פחמן מהשורה הראשונה יש פחות מוליכות מאלומיניום.

סיבי פחמן ישנים רגילים הם קצת יותר טובים כשמדובר בהולכה חשמלית, אם כי הוא עדיין לא מוליך כמו רוב המתכות. כאשר הוא משמש כמוליך חשמלי, עדיף לשנות את סיבי הפחמן על ידי אריגה שלו יחד עם מתכות אחרות או על ידי יצירת אלוטרופ פחמן מוליך יותר חשמלית כמו יהלום או גרפיט.

כיצד נוכל להפוך את סיבי הפחמן ליותר מוליכים?

כדי להגביר את המוליכות החשמלית, יש לטפל בסיבי הפחמן בחומרים אחרים לאחר שהוא מבודד. התרכובות הטובות ביותר לשילוב עם סיבי פחמן על מנת להגביר את המוליכות הן לטקס עבור מוליכות יונית (דרך נוזל) ואדי סיליקה עבור מוליכות אלקטרונית (דרך מוצק).

ישנם אלוטרופי פחמן שמוליכים חום טוב בהרבה מיהלום סיבי פחמן --, בפרט, מוליכים חום עד פי 100 יותר ביעילות מסיבי פחמן רגילים. יצירת אלוטרופים אלו רחוקה מלהיות קלה, אך ישנם תהליכים הכוללים לחץ, חום ותגובות כימיות אחרות המאפשרות את התמורות. אם סיבי הפחמן מטופלים באלוטרופי פחמן אלה כשהם מוכנים, מוליכות החום של סיבי הפחמן יכולה לגדול פי כמה.

אז, האם סיבי פחמן מוליכים? לא כל כך במצב הבסיסי שלו, אבל זה יכול להשתנות בקלות עם קצת מדע.

קשורים: למה משמשת עטיפת סיבי פחמן?

האם סיבי פחמן מוליכים בהשוואה למתכת?

לא בפני עצמו, לא. עם זאת, כאשר מטופלים עם מתכות אחרות, זה כן.

כשלעצמו, סיבי פחמן אינם מוליך גדול של חשמל בהשוואה למתכת. למעשה, רוב המתכות מוליכות חשמל בסביבות פי 1000 כמו גם סיבי פחמן רגילים. גם כאשר מטופלים בחומרים אחרים, סיבי פחמן עדיין אינם טובים כמו מתכת בכל הנוגע להולכת חשמל. מתכות כמו כסף, אלומיניום ונחושת טובות במיוחד בהולכת חשמל, עדיין מהירה בערך פי 100 מסיבי פחמן שטופלו במוליכי חשמל טובים.

הולכת אנרגיה תרמית זה סיפור אחר. כאשר הם עשויים היטב ומטופלים בצורה נכונה, סיבי פחמן למעשה מוליכי חום יותר ממתכת מוליכה גבוהה כמו נחושת.

מהם השימושים בסיבי פחמן מוליכים?

סיבי פחמן מטופלים משמשים בפריטי יוקרה כמו קסדות ומזוודות שנהנים מהיותם קלים ועמידים. אבל המוליכות של סיבי פחמן זורחת בשימושים תעשייתיים יותר כמו ציפוי מיכלים בפרויקטים הנדסיים וחלליים.

המדע עדיין פועל לשיפור המוליכות החשמלית של סיבי פחמן. בגלל העמידות העילאית, עמידות החום, קל משקל וגודל קטן בהשוואה לדברים כמו חוטי מתכת, צפוי שמוצרי סיבי פחמן ישמשו הרבה יותר כמוליכים בעתיד.

לסיבי פחמן יש הרבה איכויות מדהימות. אחד מהם הוא היכולות המדהימות שלו כמוליך תרמי או חשמלי כאשר הוא מטופל עם חומרים מרוכבים מתכת אחרים.