Apakah Serat Karbon?
Gentian karbon ialah unit karbon rantai panjang seperti grafit yang mempunyai struktur rangkaian. Unit rantaian panjang karbon berlaku disebabkan oleh sifat katenasi atom karbon, iaitu pertautan atom unsur yang serupa.
Thomas Elva Edison dikreditkan dengan mencipta filamen karbon pertama untuk ujian dalam filamen elektrik mentol menggunakan kapas semula jadi.
Prekursor ialah unsur mentah yang digunakan dalam penghasilan gentian karbon.
Bagaimana Serat Karbon Dibuat?
Kebanyakan gentian karbon dibuat daripada proses yang dipanggil polyacrylonitrile, atau PAN. Dalam proses itu, kepingan gentian terdedah kepada haba yang tinggi sehinggakan hampir semua benda kecuali karbon itu sendiri terbakar.
Langkah-langkah untuk Menghasilkan Gentian Karbon Biasa:
1: Pempolimeran: Untuk membuat polimer rantai panjang, prekursor dipolimerkan.
2: Berpusing: Selepas itu, polimer dipintal menjadi gentian panjang. Prosedur kimia dan mekanikal biasanya digunakan.
3: Pengoksidaan: Gentian distabilkan dengan memanaskannya di udara. Ia menyerap oksigen dari udara dan menjalani proses penyusunan semula atom yang canggih untuk menstabilkan gentian.
4: Karbonisasi: Dengan ketiadaan oksigen, rawatan suhu tinggi bagi gentian teroksida dan stabil membantu kehilangan atom bukan karbon, menghasilkan gentian karbon yang padat.
5: Rawatan permukaan: Gentian berkarbonisasi mempunyai keupayaan ikatan yang lemah, menjadikannya sukar untuk bergabung dengan resin epoksi untuk menghasilkan komposit. Untuk memperoleh keupayaan mengikat ini, permukaan dirawat dengan bahan kimia yang sesuai.
6: Saiz: Untuk perlindungan, gentian disalut dengan epoksi, nilon, poliester dan bahan lain. Ini dirujuk sebagai saiz.
Lembaran mentah gentian karbon kemudiannya digabungkan bersama-sama dengan logam lain (bahagian penting dalam memahami kekonduksian gentian karbon), dan sebatian yang terhasil dirawat dan bersaiz menggunakan proses kimia.
Prosesnya adalah mendalam dan, oleh itu, mahal.
BERKAITAN: 5 Kegunaan Seronok untuk Helaian Gentian Karbon
Adakah Gentian Karbon Konduktif Sendiri?
Tidak, gentian karbon tidak terlalu konduktif apabila ia tidak digabungkan dengan apa-apa lagi, baik dari segi kekonduksian haba mahupun elektrik.
Apabila ia datang kepada kekonduksian terma (keupayaan untuk mengalirkan haba), gentian karbon adalah purata. Gentian karbon berkualiti tinggi yang agak tinggi mempunyai kekonduksian haba sebanyak silikon, malah gentian karbon teratas mempunyai kekonduksian yang kurang daripada aluminium.
Gentian karbon lama biasa adalah lebih baik dalam hal pengaliran elektrik, walaupun ia masih tidak konduktif seperti kebanyakan logam. Apabila ia digunakan sebagai konduktor elektrik, sebaiknya ubah suai gentian karbon dengan menganyamnya bersama logam lain atau dengan mencipta alotrop karbon yang lebih konduktif elektrik seperti berlian atau grafit.
Bagaimanakah Kita Boleh Menjadikan Serat Karbon Lebih Konduktif?
Untuk meningkatkan kekonduksian elektrik, gentian karbon perlu dirawat dengan bahan lain sebaik sahaja ia diasingkan. Sebatian terbaik untuk digabungkan dengan gentian karbon untuk meningkatkan kekonduksian ialah lateks untuk kekonduksian ionik (melalui cecair) dan wasap silika untuk kekonduksian elektronik (melalui pepejal).
Terdapat alotrop karbon yang mengalirkan haba jauh lebih baik daripada gentian karbon -- berlian, khususnya, mengalirkan haba sehingga 100x lebih berkesan daripada gentian karbon biasa. Mencipta alotrop ini adalah jauh dari mudah, tetapi terdapat proses yang melibatkan tekanan, haba dan tindak balas kimia lain yang memungkinkan transformasi. Jika gentian karbon dirawat dengan alotrop karbon ini apabila ia sedia, kekonduksian haba gentian karbon boleh meningkat berlipat kali ganda.
Jadi, adakah gentian karbon konduktif? Tidak begitu banyak dalam keadaan asasnya, tetapi itu boleh berubah dengan mudah dengan sedikit sains.
BERKAITAN: Untuk Apa Bungkus Gentian Karbon Digunakan?
Adakah Gentian Karbon Konduktif Jika Dibandingkan dengan Logam?
Bukan dengan sendirinya, tidak. Apabila dirawat dengan logam lain, walaupun, ia adalah.
Dengan sendirinya, gentian karbon bukanlah konduktor elektrik yang hebat berbanding logam. Malah, kebanyakan logam menghantar elektrik sekitar 1000x serta gentian karbon biasa. Walaupun apabila dirawat dengan bahan lain, gentian karbon masih tidak sebagus logam dalam hal pengaliran elektrik. Logam seperti perak, aluminium dan kuprum sangat baik untuk mengalirkan elektrik, masih kira-kira 100x sepantas gentian karbon dirawat dengan konduktor elektrik yang baik.
Mengendalikan tenaga haba adalah cerita yang berbeza. Apabila dibuat dengan baik dan dirawat dengan betul, gentian karbon sebenarnya lebih konduktif haba daripada logam yang sangat konduktif seperti tembaga.
Apakah Kegunaan Serat Karbon Konduktif?
Gentian karbon terawat digunakan dalam barangan mewah seperti topi keledar dan bagasi yang mendapat manfaat daripada ringan dan tahan lama. Tetapi kekonduksian gentian karbon bersinar dalam lebih banyak kegunaan industri seperti sisi kontena dalam projek kejuruteraan dan angkasa lepas.
Sains masih berusaha untuk meningkatkan kekonduksian elektrik gentian karbon. Oleh kerana ketahanannya yang tinggi, rintangan haba, ringan dan saiznya yang kecil jika dibandingkan dengan perkara seperti wayar logam, produk gentian karbon dijangka akan digunakan lebih banyak sebagai konduktor pada masa hadapan.
Serat karbon mempunyai banyak kualiti yang menakjubkan. Salah satu daripadanya ialah kebolehannya yang menakjubkan sebagai konduktor haba atau elektrik apabila dirawat dengan komposit logam lain.
