O que são fibras de carbono?
As fibras de carbono são unidades de carbono de cadeia longa semelhantes ao grafite com uma estrutura em rede. As unidades de carbono em rede de cadeia longa ocorrem devido à propriedade de catenação dos átomos de carbono, ou seja, a ligação de átomos de um elemento semelhante.
Thomas Elva Edison é responsável pela criação do primeiro filamento de carbono para teste no filamento elétrico da lâmpada usando algodão natural.
Precursores são os elementos brutos utilizados na produção de fibras de carbono.
Como é feita a fibra de carbono?
A maior parte da fibra de carbono é feita a partir de um processo chamado poliacrilonitrila, ou PAN. No processo, uma folha de fibra é exposta a um calor tão elevado que quase tudo, exceto o próprio carbono, é queimado.
Etapas para fabricar fibras normais de carbono:
1: Polimerização: Para fazer um polímero de cadeia longa, o precursor é polimerizado.
2: Fiação: Depois disso, o polímero é fiado em fibras longas. Procedimentos químicos e mecânicos são comumente empregados.
3: Oxidante: A fibra é estabilizada aquecendo-a no ar. Ele absorve oxigênio do ar e passa por um sofisticado processo de rearranjo atômico para estabilizar a fibra.
4: Carbonização: Na ausência de oxigênio, o tratamento em alta temperatura da fibra oxidada e estabilizada auxilia na perda de átomos que não sejam de carbono, resultando em uma fibra de carbono firmemente compactada.
5: Tratamento de superfície: As fibras carbonizadas têm fraca capacidade de ligação, dificultando sua fusão com resinas epóxi para produzir um compósito. Para adquirir esta capacidade de ligação, a superfície é tratada com produtos químicos apropriados.
6: Dimensionamento: Para proteção, as fibras são revestidas com epóxi, náilon, poliéster e outros materiais. Isso é conhecido como dimensionamento.
A folha bruta de fibra de carbono é então fundida com outros metais (uma parte importante para a compreensão da condutividade da fibra de carbono), e o composto resultante é tratado e dimensionado por meio de processos químicos.
O processo é profundo e, portanto, caro.
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A fibra de carbono é condutora por si só?
Não, a fibra de carbono não é muito condutiva quando não combinada com mais nada, nem em termos de condutividade térmica nem elétrica.
Quando se trata de condutividade térmica (capacidade de conduzir calor), a fibra de carbono é mediana. A fibra de carbono de qualidade relativamente alta tem tanta condutividade térmica quanto o silício, e mesmo a fibra de carbono de última geração tem menos condutividade que o alumínio.
A fibra de carbono simples é um pouco melhor quando se trata de condução elétrica, embora ainda não seja tão condutora quanto a maioria dos metais. Quando ela está sendo usada como condutor elétrico, é melhor modificar a fibra de carbono entrelaçando-a com outros metais ou criando um alótropo de carbono mais eletricamente condutor, como diamante ou grafite.
Como podemos tornar a fibra de carbono mais condutiva?
Para aumentar a condutividade elétrica, a fibra de carbono deve ser tratada com outros materiais depois de isolada. Os melhores compostos para combinar com fibra de carbono a fim de aumentar a condutividade são o látex para condutividade iônica (através de um líquido) e a sílica ativa para condutividade eletrônica (através de um sólido).
Existem alótropos de carbono que conduzem calor muito melhor do que a fibra de carbono -- o diamante, em particular, conduz calor até 100 vezes mais eficazmente do que a fibra de carbono simples. Criar esses alótropos está longe de ser fácil, mas existem processos que envolvem pressão, calor e outras reações químicas que tornam as transformações possíveis. Se a fibra de carbono for tratada com esses alótropos de carbono quando estiverem prontas, a condutividade térmica da fibra de carbono poderá aumentar muitas vezes.
Então, a fibra de carbono é condutora? Não tanto no seu estado básico, mas isso pode mudar facilmente com um pouco de ciência.
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A fibra de carbono é condutora quando comparada ao metal?
Não por si só, não. Porém, quando tratado com outros metais, é verdade.
Por si só, a fibra de carbono não é um grande condutor de eletricidade em comparação com o metal. Na verdade, a maioria dos metais conduz eletricidade em torno de 1000x, tão bem quanto a fibra de carbono simples. Mesmo quando tratada com outros materiais, a fibra de carbono ainda não é tão boa quanto o metal no que diz respeito à condução de eletricidade. Metais como prata, alumínio e cobre são especialmente bons na condução de eletricidade, ainda cerca de 100 vezes mais rápido que a fibra de carbono tratada com bons condutores de eletricidade.
A condução de energia térmica é uma história diferente. Quando bem feita e tratada corretamente, a fibra de carbono é, na verdade, mais condutora de calor do que um metal altamente condutor como o cobre.
Quais são os usos da fibra de carbono condutora?
A fibra de carbono tratada é usada em itens de luxo, como capacetes e malas, que se beneficiam por serem leves e duráveis. Mas a condutividade da fibra de carbono brilha em usos mais industriais, como revestimento de contêineres em projetos de engenharia e aeroespaciais.
A ciência ainda está trabalhando para melhorar a condutividade elétrica da fibra de carbono. Devido à sua durabilidade suprema, resistência ao calor, leveza e tamanho pequeno quando comparado a coisas como fios de metal, espera-se que os produtos de fibra de carbono sejam muito mais usados como condutores no futuro.
A fibra de carbono tem muitas qualidades incríveis. Uma delas é sua incrível capacidade como condutor térmico ou elétrico quando tratado com outros compósitos metálicos.
