क्या कार्बन फाइबर प्रवाहकीय है?

कार्बन फाइबर क्या हैं?

कार्बन फाइबर ग्रेफाइट जैसी लंबी-श्रृंखला वाली कार्बन इकाइयाँ हैं जिनमें एक नेटवर्क संरचना होती है। कार्बन की लंबी-श्रृंखला वाली नेटवर्क इकाइयाँ कार्बन परमाणुओं के श्रृंखलन गुण के कारण होती हैं, अर्थात एक समान तत्व के परमाणुओं का जुड़ाव।

थॉमस एल्वा एडिसन को प्राकृतिक कपास का उपयोग करके बल्ब के इलेक्ट्रिक फिलामेंट में परीक्षण के लिए पहला कार्बन फिलामेंट बनाने का श्रेय दिया जाता है।

प्रीकर्सर कार्बन फाइबर के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले कच्चे तत्व हैं।

कार्बन फाइबर कैसे बनता है?

अधिकांश कार्बन फाइबर पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या पैन नामक प्रक्रिया से बनता है। इस प्रक्रिया में, एक फाइबर शीट इतनी अधिक गर्मी के संपर्क में आती है कि कार्बन को छोड़कर लगभग सब कुछ जल जाता है।

सामान्य कार्बन फाइबर के निर्माण के चरण:

1: पॉलिमराइजेशन: एक लंबी-श्रृंखला पॉलिमर बनाने के लिए, अग्रदूत को पॉलिमराइज़ किया जाता है।

2: कताई: उसके बाद, पॉलिमर को लंबे रेशों में घुमाया जाता है। रासायनिक और यांत्रिक प्रक्रियाएं आमतौर पर नियोजित होती हैं।

3: ऑक्सीकरण: फाइबर को हवा में गर्म करके स्थिर किया जाता है। यह हवा से ऑक्सीजन को अवशोषित करता है और फाइबर को स्थिर करने के लिए एक परिष्कृत परमाणु पुनर्व्यवस्था प्रक्रिया से गुजरता है।

4: कार्बोनाइजेशन: ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, ऑक्सीकृत और स्थिर फाइबर का उच्च तापमान उपचार गैर-कार्बन परमाणुओं के नुकसान में सहायता करता है, जिसके परिणामस्वरूप कसकर पैक किया गया कार्बन फाइबर बनता है।

5: सतह का उपचार: कार्बोनाइज्ड फाइबर में खराब बंधन क्षमताएं होती हैं, जिससे उनके लिए एक समग्र उत्पादन करने के लिए एपॉक्सी रेजिन के साथ विलय करना मुश्किल हो जाता है। इस बंधन क्षमता को प्राप्त करने के लिए, सतह को उपयुक्त रसायनों से उपचारित किया जाता है।

6: आकार: सुरक्षा के लिए, रेशों को एपॉक्सी, नायलॉन, पॉलिएस्टर और अन्य सामग्रियों से लेपित किया जाता है। इसे साइज़िंग कहा जाता है।

फिर कार्बन फाइबर कच्ची शीट को अन्य धातुओं (कार्बन फाइबर चालकता को समझने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा) के साथ मिला दिया जाता है, और परिणामी यौगिक को रासायनिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके संसाधित और आकार दिया जाता है।

यह प्रक्रिया गहन है और इसलिए महंगी है।

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क्या कार्बन फाइबर अपने आप प्रवाहकीय है?

नहीं, कार्बन फाइबर बहुत अधिक प्रवाहकीय नहीं होता है जब इसे किसी अन्य चीज़ के साथ नहीं जोड़ा जाता है, न तो तापीय और न ही विद्युत चालकता के संदर्भ में।

जब तापीय चालकता (गर्मी संचालित करने की क्षमता) की बात आती है, तो कार्बन फाइबर औसत होता है। अपेक्षाकृत उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन फाइबर में सिलिकॉन जितनी ही ऊष्मा चालकता होती है, और यहां तक ​​कि शीर्ष स्तर के कार्बन फाइबर में भी एल्यूमीनियम की तुलना में कम चालकता होती है।

जब विद्युत संचालन की बात आती है तो सादा पुराना कार्बन फाइबर थोड़ा बेहतर होता है, हालांकि यह अभी भी अधिकांश धातुओं की तरह प्रवाहकीय नहीं है। जब इसे विद्युत कंडक्टर के रूप में उपयोग किया जा रहा है, तो कार्बन फाइबर को अन्य धातुओं के साथ बुनाई करके या हीरे या ग्रेफाइट जैसे अधिक विद्युत प्रवाहकीय कार्बन अलॉट्रोप बनाकर संशोधित करना सबसे अच्छा है।

हम कार्बन फाइबर को अधिक प्रवाहकीय कैसे बना सकते हैं?

विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए, कार्बन फाइबर को अलग करने के बाद उसे अन्य सामग्रियों के साथ उपचारित किया जाना चाहिए। चालकता बढ़ाने के लिए कार्बन फाइबर के साथ संयोजन करने के लिए सबसे अच्छे यौगिक आयनिक चालकता (तरल के माध्यम से) के लिए लेटेक्स और इलेक्ट्रॉनिक चालकता (ठोस के माध्यम से) के लिए सिलिका फ्यूम हैं।

ऐसे कार्बन अलॉट्रोप हैं जो कार्बन फाइबर -- हीरे की तुलना में बहुत बेहतर गर्मी का संचालन करते हैं, विशेष रूप से, सादे कार्बन फाइबर की तुलना में 100x तक अधिक प्रभावी ढंग से गर्मी का संचालन करते हैं। इन एलोट्रोप्स को बनाना आसान नहीं है, लेकिन दबाव, गर्मी और अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं से जुड़ी प्रक्रियाएं हैं जो परिवर्तनों को संभव बनाती हैं। यदि कार्बन फाइबर तैयार होने पर इन कार्बन एलोट्रोप्स के साथ इलाज किया जाता है, तो कार्बन फाइबर की तापीय चालकता कई गुना बढ़ सकती है।

तो, क्या कार्बन फाइबर प्रवाहकीय है? अपनी मूल अवस्था में इतना कुछ नहीं है, लेकिन थोड़े से विज्ञान के साथ इसे आसानी से बदला जा सकता है।

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क्या धातु की तुलना में कार्बन फाइबर प्रवाहकीय है?

अपने आप से नहीं, नहीं. हालाँकि, जब अन्य धातुओं के साथ इसका उपचार किया जाता है, तो यह होता है।

अपने आप में, धातु की तुलना में कार्बन फाइबर बिजली का अच्छा संवाहक नहीं है। वास्तव में, अधिकांश धातुएँ 1000x के आसपास बिजली का संचालन करती हैं और साथ ही सादे कार्बन फाइबर भी। यहां तक ​​कि जब अन्य सामग्रियों के साथ इलाज किया जाता है, तब भी कार्बन फाइबर बिजली संचालन के मामले में धातु जितना अच्छा नहीं होता है। चांदी, एल्यूमीनियम और तांबा जैसी धातुएं विशेष रूप से बिजली का संचालन करने में अच्छी होती हैं, फिर भी अच्छे बिजली कंडक्टरों के साथ इलाज किए गए कार्बन फाइबर की तुलना में लगभग 100 गुना तेज होती हैं।

तापीय ऊर्जा का संचालन एक अलग कहानी है। जब अच्छी तरह से बनाया जाता है और सही ढंग से इलाज किया जाता है, तो कार्बन फाइबर वास्तव में तांबे जैसी अत्यधिक प्रवाहकीय धातु की तुलना में अधिक गर्मी प्रवाहकीय होता है।

प्रवाहकीय कार्बन फाइबर के उपयोग क्या हैं?

उपचारित कार्बन फाइबर का उपयोग हेलमेट और सामान जैसी लक्जरी वस्तुओं में किया जाता है जो हल्के और टिकाऊ होने के कारण फायदेमंद होते हैं। लेकिन कार्बन फाइबर की चालकता इंजीनियरिंग और एयरोस्पेस परियोजनाओं में कंटेनर साइडिंग जैसे अधिक औद्योगिक उपयोगों में चमकती है।

विज्ञान अभी भी कार्बन फाइबर की विद्युत चालकता में सुधार के लिए काम कर रहा है। धातु के तारों जैसी चीजों की तुलना में इसके सर्वोच्च स्थायित्व, गर्मी प्रतिरोध, हल्के वजन और छोटे आकार के कारण, यह उम्मीद की जाती है कि कार्बन फाइबर उत्पादों का भविष्य में कंडक्टर के रूप में बहुत अधिक उपयोग किया जाएगा।

कार्बन फाइबर में कई अद्भुत गुण होते हैं। उनमें से एक अन्य धातु मिश्रित पदार्थों के साथ व्यवहार करने पर थर्मल या विद्युत कंडक्टर के रूप में इसकी अद्भुत क्षमता है।