La fibre de carbone est-elle conductrice ?

La fibre de carbone est-elle conductrice ? Oui, il est très conducteur à certains égards s'il est fait correctement. Approfondissons le sujet pour examiner les propriétés et le potentiel de ce polymère étonnant.

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Dans cet article :

1. Que sont les fibres de carbone ?
   
2. Comment est fabriquée la fibre de carbone ?
3. La fibre de carbone est-elle conductrice en elle-même ?
4. Comment pouvons-nous rendre la fibre de carbone plus conductrice ?
5. La fibre de carbone est-elle conductrice par rapport au métal ?
6. Quelles sont les utilisations de la fibre de carbone conductrice ?

Que sont les fibres de carbone ?

Les fibres de carbone sont des unités de carbone à longue chaîne de type graphite ayant une structure en réseau. Les unités de carbone en réseau à longue chaîne se produisent en raison de la propriété de caténation des atomes de carbone, c'est-à-dire la liaison des atomes d'un élément similaire.

Thomas Elva Edison est crédité de la création du premier filament de carbone pour tester le filament électrique de l'ampoule en utilisant du coton naturel.

Les précurseurs sont les éléments bruts utilisés dans la production de fibres de carbone.

Comment est fabriquée la fibre de carbone ?

La plupart des fibres de carbone sont fabriquées à partir d'un procédé appelé polyacrylonitrile, ou PAN. Au cours du processus, une feuille de fibres est exposée à une chaleur si élevée que presque tout, à l'exception du carbone lui-même, est brûlé.

Étapes de fabrication des fibres de carbone normales :

1 :Polymérisation :Pour fabriquer un polymère à longue chaîne, le précurseur est polymérisé.

2 :Filature :Après cela, le polymère est filé en longues fibres. Des procédures chimiques et mécaniques sont couramment utilisées.

3 :Oxydant :La fibre est stabilisée en la chauffant à l'air. Il absorbe l'oxygène de l'air et subit un processus de réarrangement atomique sophistiqué pour stabiliser la fibre.

4:Carbonisation :En l'absence d'oxygène, le traitement à haute température de la fibre oxydée et stabilisée aide à la perte d'atomes non carbonés, ce qui donne une fibre de carbone étroitement tassée.

5 :Traitement de surface :Les fibres carbonisées ont de faibles capacités de liaison, ce qui rend difficile leur fusion avec des résines époxy pour produire un composite. Pour acquérir cette capacité de liaison, la surface est traitée avec les produits chimiques appropriés.

6 :Dimensionnement :Pour la protection, les fibres sont enduites d'époxyde, de nylon, de polyester et d'autres matériaux. C'est ce qu'on appelle le dimensionnement.

La feuille brute en fibre de carbone est ensuite fusionnée avec d'autres métaux (une partie importante de la compréhension de la conductivité de la fibre de carbone), et le composé résultant est traité et dimensionné à l'aide de procédés chimiques.

Le processus est approfondi et, par conséquent, coûteux.

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La fibre de carbone est-elle conductrice en elle-même ?

Non, la fibre de carbone n'est pas trop conductrice lorsqu'elle n'est associée à rien d'autre, ni en termes de conductivité thermique ni électrique.

En ce qui concerne la conductivité thermique (la capacité à conduire la chaleur), la fibre de carbone est moyenne. La fibre de carbone de relativement haute qualité a à peu près autant de conductivité thermique que le silicium, et même la fibre de carbone haut de gamme a moins de conductivité que l'aluminium.

La vieille fibre de carbone ordinaire est un peu meilleure en ce qui concerne la conduction électrique, bien qu'elle ne soit toujours pas aussi conductrice que la plupart des métaux. Lorsqu'il est utilisé comme conducteur électrique, il est préférable de modifier la fibre de carbone en la tissant avec d'autres métaux ou en créant un allotrope de carbone plus conducteur d'électricité comme le diamant ou le graphite.

Comment pouvons-nous rendre la fibre de carbone plus conductrice ?

Pour augmenter la conductivité électrique, la fibre de carbone doit être traitée avec d'autres matériaux une fois isolée. Les meilleurs composés à combiner avec la fibre de carbone afin d'augmenter la conductivité sont le latex pour la conductivité ionique (à travers un liquide) et la fumée de silice pour la conductivité électronique (à travers un solide).

Il existe des allotropes de carbone qui conduisent la chaleur bien mieux que la fibre de carbone - le diamant, en particulier, conduit la chaleur jusqu'à 100 fois plus efficacement que la fibre de carbone ordinaire. La création de ces allotropes est loin d'être facile, mais il existe des processus impliquant la pression, la chaleur et d'autres réactions chimiques qui rendent les transformations possibles. Si la fibre de carbone est traitée avec ces allotropes de carbone lorsqu'ils sont prêts, la conductivité thermique de la fibre de carbone peut être multipliée par plusieurs.

Alors, la fibre de carbone est-elle conductrice ? Pas tellement dans son état de base, mais cela peut changer facilement avec un peu de science.

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La fibre de carbone est-elle conductrice par rapport au métal ?

Pas tout seul, non. Cependant, lorsqu'il est traité avec d'autres métaux, il l'est.

En soi, la fibre de carbone n'est pas un bon conducteur d'électricité par rapport au métal. En fait, la plupart des métaux conduisent l'électricité environ 1000x ainsi que la fibre de carbone ordinaire. Même lorsqu'elle est traitée avec d'autres matériaux, la fibre de carbone n'est toujours pas aussi bonne que le métal en ce qui concerne la conduction électrique. Les métaux comme l'argent, l'aluminium et le cuivre sont particulièrement efficaces pour conduire l'électricité, toujours environ 100 fois plus vite que la fibre de carbone traitée avec de bons conducteurs électriques.

Conduire l'énergie thermique est une autre histoire. Lorsqu'elle est bien fabriquée et traitée correctement, la fibre de carbone est en fait plus conductrice de chaleur qu'un métal hautement conducteur comme le cuivre.

Quelles sont les utilisations de la fibre de carbone conductrice ?

La fibre de carbone traitée est utilisée dans des articles de luxe comme les casques et les bagages qui bénéficient d'être légers et durables. Mais la conductivité de la fibre de carbone brille dans des utilisations plus industrielles comme le revêtement de conteneurs dans les projets d'ingénierie et d'aérospatiale.

La science travaille toujours à améliorer la conductivité électrique de la fibre de carbone. En raison de sa durabilité suprême, de sa résistance à la chaleur, de sa légèreté et de sa petite taille par rapport à des éléments tels que les fils métalliques, on s'attend à ce que les produits en fibre de carbone soient beaucoup plus utilisés comme conducteurs à l'avenir.

La fibre de carbone a de nombreuses qualités étonnantes. L'un d'eux est ses capacités étonnantes en tant que conducteur thermique ou électrique lorsqu'il est traité avec d'autres composites métalliques.

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