Què són les fibres de carboni?
Les fibres de carboni són unitats de carboni de cadena llarga semblants al grafit que tenen una estructura en xarxa. Les unitats de carboni en xarxa de cadena llarga es produeixen a causa de la propietat de catenació dels àtoms de carboni, és a dir, l'enllaç d'àtoms d'un element similar.
A Thomas Elva Edison se li atribueix la creació del primer filament de carboni per provar el filament elèctric de la bombeta amb cotó natural.
Els precursors són els elements bruts utilitzats en la producció de fibres de carboni.
Com es fa la fibra de carboni?
La majoria de la fibra de carboni es fa a partir d'un procés anomenat poliacrilonitril o PAN. En el procés, una làmina de fibra s'exposa a una calor tan alta que gairebé tot, excepte el propi carboni, es crema.
Passos per fabricar fibres de carboni normals:
1: Polimerització: per fer un polímer de cadena llarga, el precursor es polimeritza.
2: Filatura: després d'això, el polímer es gira en fibres llargues. Els procediments químics i mecànics s'utilitzen habitualment.
3: Oxidant: la fibra s'estabilitza escalfant-la a l'aire. Absorbeix l'oxigen de l'aire i se sotmet a un sofisticat procés de reordenació atòmica per estabilitzar la fibra.
4: Carbonització: en absència d'oxigen, el tractament a alta temperatura de la fibra oxidada i estabilitzada ajuda a la pèrdua d'àtoms que no són de carboni, donant lloc a una fibra de carboni ben empaquetada.
5: Tractament superficial: les fibres carbonitzades tenen poques capacitats d'unió, cosa que dificulta la fusió amb resines epoxi per produir un compost. Per adquirir aquesta capacitat d'unió, la superfície es tracta amb els productes químics adequats.
6: Mides: per protegir-se, les fibres estan recobertes amb epoxi, niló, polièster i altres materials. Això es coneix com a mida.
La làmina en brut de fibra de carboni es fusiona amb altres metalls (una part important per entendre la conductivitat de la fibra de carboni) i el compost resultant es tracta i dimensiona mitjançant processos químics.
El procés és profund i, per tant, costós.
RELACIONATS: 5 usos divertits per a làmines de fibra de carboni
La fibra de carboni és conductora per si sola?
No, la fibra de carboni no és massa conductora quan no es combina amb una altra cosa, ni pel que fa a la conductivitat tèrmica ni elèctrica.
Quan es tracta de conductivitat tèrmica (la capacitat de conduir la calor), la fibra de carboni és mitjana. La fibra de carboni d'alta qualitat relativament té aproximadament tanta conductivitat tèrmica com el silici, i fins i tot la fibra de carboni de primera línia té menys conductivitat que l'alumini.
La fibra de carboni vella és una mica millor quan es tracta de conducció elèctrica, tot i que encara no és tan conductora com la majoria dels metalls. Quan s'utilitza com a conductor elèctric, el millor és modificar la fibra de carboni teixint-la amb altres metalls o creant un al·lòtrop de carboni més conductor de l'electricitat com el diamant o el grafit.
Com podem fer que la fibra de carboni sigui més conductora?
Per augmentar la conductivitat elèctrica, la fibra de carboni s'ha de tractar amb altres materials un cop aïllada. Els millors compostos per combinar amb fibra de carboni per augmentar la conductivitat són el làtex per a la conductivitat iònica (a través d'un líquid) i el fum de sílice per a la conductivitat electrònica (a través d'un sòlid).
Hi ha al·lòtrops de carboni que condueixen la calor molt millor que el diamant de fibra de carboni --, en particular, condueix la calor fins a 100 vegades més eficaçment que la fibra de carboni simple. Crear aquests al·lòtrops no és fàcil, però hi ha processos que impliquen pressió, calor i altres reaccions químiques que fan possibles les transformacions. Si la fibra de carboni es tracta amb aquests al·lòtrops de carboni quan estiguin a punt, la conductivitat tèrmica de la fibra de carboni pot augmentar moltes vegades.
Aleshores, la fibra de carboni és conductora? No tant en el seu estat base, però això pot canviar fàcilment amb una mica de ciència.
RELACIONATS: Per a què s'utilitza l'embolcall de fibra de carboni?
La fibra de carboni és conductora en comparació amb el metall?
No per si mateix, no. Quan es tracta amb altres metalls, però, ho és.
Per si sola, la fibra de carboni no és un gran conductor d'electricitat en comparació amb el metall. De fet, la majoria dels metalls condueixen l'electricitat al voltant de 1000x així com la fibra de carboni simple. Fins i tot quan es tracta amb altres materials, la fibra de carboni encara no és tan bona com el metall quan es tracta de conducció elèctrica. Metalls com la plata, l'alumini i el coure són especialment bons per conduir l'electricitat, encara aproximadament 100 vegades més ràpid que la fibra de carboni tractada amb bons conductors d'electricitat.
Conduir l'energia tèrmica és una història diferent. Quan es fa bé i es tracta correctament, la fibra de carboni és realment més conductora de la calor que un metall altament conductor com el coure.
Quins són els usos de la fibra de carboni conductora?
La fibra de carboni tractada s'utilitza en articles de luxe com els cascs i l'equipatge que es beneficien de ser lleugers i duradors. Però la conductivitat de la fibra de carboni brilla en usos més industrials com el revestiment de contenidors en projectes d'enginyeria i aeroespacial.
La ciència encara està treballant per millorar la conductivitat elèctrica de la fibra de carboni. A causa de la seva durabilitat suprema, resistència a la calor, lleugeresa i mida petita en comparació amb coses com ara cables metàl·lics, s'espera que els productes de fibra de carboni s'utilitzin molt més com a conductors en el futur.
La fibra de carboni té moltes qualitats sorprenents. Una d'elles és les seves sorprenents habilitats com a conductor tèrmic o elèctric quan es tracta amb altres compostos metàl·lics.
