Ημερομηνία :2022-05-28  Πηγή: Fiber Composites

Η δικτυωτή δομή του ιδανικού κρυστάλλου γραφίτη ανήκει στο εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα, το οποίο είναι μια πολυστρωματική επικαλυπτόμενη δομή που αποτελείται από άτομα άνθρακα σε μια δομή εξαμελούς δικτύου δακτυλίου. Στον εξαμελή δακτύλιο, τα άτομα άνθρακα έχουν τη μορφή υβριδίου sp 2

Βασική δομή

Η δικτυωτή δομή του ιδανικού κρυστάλλου γραφίτη ανήκει στο εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα, το οποίο αποτελείται από άτομα άνθρακα που αποτελούνται από μια δομή εξαμελούς δικτύου δακτυλίου. Στον εξαμελή δακτύλιο, τα άτομα άνθρακα είναι sp 2 υπάρχει υβριδισμός. Στον υβριδισμό sp2, υπάρχει υβριδισμός ηλεκτρονίων 1 2s και 2 2p ηλεκτρονίων, σχηματίζοντας τρεις ισοδύναμους o ισχυρούς δεσμούς, η απόσταση δεσμού είναι 0,1421 nm, η μέση ενέργεια δεσμού είναι 627 kJ/mol και οι γωνίες δεσμού είναι 120 η μία την άλλη.

Τα υπόλοιπα καθαρά τροχιακά 2p στο ίδιο επίπεδο είναι κάθετα στο επίπεδο όπου βρίσκονται οι τρεις δεσμοί o και οι δεσμοί Ν των ατόμων άνθρακα που αποτελούν τον δεσμό Ν είναι παράλληλοι μεταξύ τους και επικαλύπτονται για να σχηματίσουν ένα μεγάλο N -δεσμός; Τα μη εντοπισμένα ηλεκτρόνια στο n ηλεκτρόνιο μπορούν να κινούνται ελεύθερα παράλληλα με το επίπεδο, δίνοντάς του αγώγιμες ιδιότητες. Μπορούν να απορροφήσουν το ορατό φως, κάνοντας τον γραφίτη μαύρο. Η δύναμη van der Waals μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη είναι πολύ μικρότερη από τη δύναμη του δεσμού σθένους εντός των στρωμάτων. Η απόσταση μεταξύ των στρωμάτων είναι 0,3354 nm και η ενέργεια του δεσμού είναι 5,4 kJ/mol. Τα στρώματα γραφίτη κλιμακώνονται κατά το ήμισυ της εξαγωνικής συμμετρίας και επαναλαμβάνονται σε κάθε άλλο στρώμα, σχηματίζοντας το ABAB..

Δομή [4], και προικισμένη με αυτολιπαινόμενη και εσωτερική ικανότητα ενδιάμεσης στρώσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2-5. Οι ίνες άνθρακα είναι ένα μικροκρυσταλλικό υλικό μελάνι πέτρας που λαμβάνεται από οργανικές ίνες με ενανθράκωση και γραφιτοποίηση.

Η μικροδομή των ινών άνθρακα είναι παρόμοια με αυτή του τεχνητού γραφίτη, που ανήκει στη δομή του πολυκρυσταλλικού χαοτικού γραφίτη. Η διαφορά από τη δομή του γραφίτη έγκειται στην ακανόνιστη μετατόπιση και περιστροφή μεταξύ των ατομικών στρωμάτων (βλ. Εικόνα 2-6). Ο ομοιοπολικός δεσμός δικτύου έξι στοιχείων είναι συνδεδεμένος στο ατομικό στρώμα του - το οποίο είναι βασικά παράλληλο με τον άξονα της ίνας. Ως εκ τούτου, πιστεύεται γενικά ότι η ίνα άνθρακα αποτελείται από μια διαταραγμένη δομή γραφίτη κατά μήκος του άξονα του άξονα της ίνας, με αποτέλεσμα ένα πολύ υψηλό αξονικό μέτρο εφελκυσμού. Η ελασματική δομή του γραφίτη έχει σημαντική ανισοτροπία, γεγονός που κάνει τις φυσικές του ιδιότητες να δείχνουν επίσης ανισοτροπία.

Ιδιότητες και εφαρμογές των ανθρακονημάτων

Οι ίνες άνθρακα μπορούν να χωριστούν σε νήμα, μη συνεχείς ίνες και μη συνεχείς ίνες. Οι μηχανικές ιδιότητες χωρίζονται σε γενικό τύπο και τύπο υψηλής απόδοσης. Η γενική αντοχή των ανθρακονημάτων είναι 1000 MPa, ο συντελεστής είναι περίπου 10OGPa. Οι ίνες άνθρακα υψηλής απόδοσης χωρίζονται σε τύπο υψηλής αντοχής (αντοχή 2000MPa, μέτρο 250GPa) και υψηλό μοντέλο (μέτρο άνω των 300GPa). Η αντοχή μεγαλύτερη από 4000 MPa ονομάζεται επίσης τύπος εξαιρετικά υψηλής αντοχής. Αυτά με συντελεστή μεγαλύτερη από 450 GPa ονομάζονται μοντέλα υπερυψηλών. Με την ανάπτυξη της αεροδιαστημικής και της αεροπορικής βιομηχανίας, εμφανίστηκαν ίνες άνθρακα υψηλής αντοχής και υψηλής επιμήκυνσης και η επιμήκυνσή τους είναι μεγαλύτερη από 2%. Η μεγάλη ποσότητα είναι ανθρακονήματα με βάση το πολυπροπυλένιο μάτι PAN. Οι ίνες άνθρακα έχουν υψηλή αξονική αντοχή και μέτρο, χωρίς ερπυσμό, καλή αντοχή στην κόπωση, ειδική θερμότητα και ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταξύ μη μετάλλου και μετάλλου, μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής, καλή αντοχή στη διάβρωση, χαμηλή πυκνότητα ινών και καλή μετάδοση ακτίνων Χ. Ωστόσο, η αντοχή του στην κρούση είναι φτωχή και εύκολα να καταστραφεί, η οξείδωση συμβαίνει υπό τη δράση ισχυρού οξέος και η ενανθράκωση μετάλλων, η ενανθράκωση και η ηλεκτροχημική διάβρωση συμβαίνουν όταν συνδυάζεται με μέταλλο. Ως αποτέλεσμα, οι ίνες άνθρακα πρέπει να υποβάλλονται σε επιφανειακή επεξεργασία πριν από τη χρήση.