తేదీ :2022-05-28  మూలం: ఫైబర్ మిశ్రమాలు

ఆదర్శ గ్రాఫైట్ క్రిస్టల్ యొక్క జాలక నిర్మాణం షట్కోణ క్రిస్టల్ వ్యవస్థకు చెందినది, ఇది ఆరు-సభ్యుల రింగ్ నెట్‌వర్క్ నిర్మాణంలో కార్బన్ అణువులతో కూడిన బహుళ-పొర అతివ్యాప్తి నిర్మాణం. ఆరు-సభ్యుల రింగ్‌లో, కార్బన్ అణువులు sp 2 హైబ్రిడ్ రూపంలో ఉంటాయి

ప్రాథమిక నిర్మాణం

ఆదర్శ గ్రాఫైట్ క్రిస్టల్ యొక్క జాలక నిర్మాణం షట్కోణ క్రిస్టల్ వ్యవస్థకు చెందినది, ఇది ఆరు-గుర్తుగల రింగ్ నెట్‌వర్క్ నిర్మాణంతో కూడిన కార్బన్ అణువులతో కూడి ఉంటుంది. ఆరు-సభ్యుల రింగ్‌లో, కార్బన్ అణువులు sp 2 హైబ్రిడైజేషన్ ఉనికిలో ఉన్నాయి. sp2 హైబ్రిడైజేషన్‌లో, 1 2s ఎలక్ట్రాన్ మరియు 2 2p ఎలక్ట్రాన్ హైబ్రిడైజేషన్ ఉన్నాయి, ఇవి మూడు సమానమైన లేదా బలమైన బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి, బాండ్ దూరం 0.1421nm, సగటు బంధం శక్తి 627kJ/mol మరియు బాండ్ కోణాలు ఒకదానికొకటి 120 ఉంటాయి.

అదే సమతలంలో మిగిలిన స్వచ్ఛమైన 2p కక్ష్యలు మూడు o బంధాలు ఉన్న సమతలానికి లంబంగా ఉంటాయి మరియు N-బంధాన్ని రూపొందించే కార్బన్ పరమాణువుల N-బంధాలు ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఉంటాయి మరియు పెద్ద Nను ఏర్పరుస్తాయి. - బంధం; n ఎలక్ట్రాన్‌పై స్థానికీకరించని ఎలక్ట్రాన్‌లు సమతలానికి సమాంతరంగా స్వేచ్ఛగా కదులుతాయి, ఇది వాహక లక్షణాలను ఇస్తుంది. అవి కనిపించే కాంతిని గ్రహించగలవు, గ్రాఫైట్‌ను నల్లగా చేస్తాయి. గ్రాఫైట్ పొరల మధ్య ఉండే వాన్ డెర్ వాల్స్ ఫోర్స్ పొరలలోని వాలెన్స్ బాండ్ ఫోర్స్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. పొరల మధ్య అంతరం 0.3354nm, మరియు బంధం శక్తి 5.4kJ/mol. గ్రాఫైట్ పొరలు షట్కోణ సమరూపతలో సగం ద్వారా అస్థిరంగా ఉంటాయి మరియు ప్రతి ఇతర పొరలో పునరావృతమవుతాయి, ABAB ఏర్పడతాయి.

నిర్మాణం [4], మరియు మూర్తి 2-5లో చూపిన విధంగా స్వీయ-సరళత మరియు ఇంటర్‌లేయర్ అంతర్గత సామర్థ్యంతో దానిని అందించడం. కార్బన్ ఫైబర్ అనేది కర్బనీకరణ మరియు గ్రాఫిటైజేషన్ ద్వారా సేంద్రీయ ఫైబర్ నుండి పొందిన మైక్రోక్రిస్టలైన్ స్టోన్-ఇంక్ పదార్థం.

కార్బన్ ఫైబర్ యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చర్ కృత్రిమ గ్రాఫైట్ మాదిరిగానే ఉంటుంది, ఇది పాలీక్రిస్టలైన్ అస్తవ్యస్తమైన గ్రాఫైట్ యొక్క నిర్మాణానికి చెందినది. గ్రాఫైట్ నిర్మాణం నుండి వ్యత్యాసం అటామిక్ పొరల మధ్య క్రమరహిత అనువాదం మరియు భ్రమణంలో ఉంటుంది (మూర్తి 2-6 చూడండి). ఆరు-మూలకాల నెట్‌వర్క్ సమయోజనీయ బంధం పరమాణు పొరలో కట్టుబడి ఉంటుంది - ఇది ప్రాథమికంగా ఫైబర్ అక్షానికి సమాంతరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, కార్బన్ ఫైబర్ ఫైబర్ అక్షం యొక్క ఎత్తులో అస్తవ్యస్తమైన గ్రాఫైట్ నిర్మాణంతో కూడి ఉంటుందని సాధారణంగా నమ్ముతారు, దీని ఫలితంగా చాలా ఎక్కువ అక్షసంబంధ తన్యత మాడ్యులస్ ఏర్పడుతుంది. గ్రాఫైట్ యొక్క లామెల్లార్ నిర్మాణం గణనీయమైన అనిసోట్రోపిని కలిగి ఉంది, ఇది దాని భౌతిక లక్షణాలను కూడా అనిసోట్రోపిని చూపుతుంది.

కార్బన్ ఫైబర్ యొక్క లక్షణాలు మరియు అప్లికేషన్లు

కార్బన్ ఫైబర్‌ను ఫిలమెంట్, స్టేపుల్ ఫైబర్ మరియు స్టేపుల్ ఫైబర్‌గా విభజించవచ్చు. యాంత్రిక లక్షణాలు సాధారణ రకం మరియు అధిక-పనితీరు రకంగా విభజించబడ్డాయి. సాధారణ కార్బన్ ఫైబర్ బలం 1000 MPa, మాడ్యులస్ సుమారు 10OGPa. అధిక-పనితీరు గల కార్బన్ ఫైబర్ అధిక బలం రకం (బలం 2000MPa, మాడ్యులస్ 250GPa) మరియు అధిక మోడల్ (300GPa పైన మాడ్యులస్)గా విభజించబడింది. 4000MPa కంటే ఎక్కువ బలాన్ని అల్ట్రా-హై స్ట్రెంగ్త్ టైప్ అని కూడా అంటారు; 450GPa కంటే ఎక్కువ మాడ్యులస్ ఉన్న వాటిని అల్ట్రా-హై మోడల్స్ అంటారు. ఏరోస్పేస్ మరియు ఏవియేషన్ పరిశ్రమ అభివృద్ధితో, అధిక బలం మరియు అధిక పొడుగు కార్బన్ ఫైబర్ కనిపించింది మరియు దాని పొడుగు 2% కంటే ఎక్కువ. పెద్ద మొత్తంలో పాలీప్రొఫైలిన్ ఐ పాన్-ఆధారిత కార్బన్ ఫైబర్. కార్బన్ ఫైబర్ అధిక అక్షసంబంధ బలం మరియు మాడ్యులస్, క్రీప్ లేదు, మంచి అలసట నిరోధకత, మెటల్ కాని మరియు మెటల్ మధ్య నిర్దిష్ట వేడి మరియు విద్యుత్ వాహకత, థర్మల్ విస్తరణ యొక్క చిన్న గుణకం, మంచి తుప్పు నిరోధకత, తక్కువ ఫైబర్ సాంద్రత మరియు మంచి ఎక్స్-రే ప్రసారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, దాని ప్రభావ నిరోధకత పేలవంగా మరియు సులభంగా దెబ్బతింటుంది, బలమైన యాసిడ్ చర్యలో ఆక్సీకరణ సంభవిస్తుంది మరియు మెటల్ కార్బోనైజేషన్, కార్బరైజేషన్ మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ తుప్పు లోహంతో కలిపినప్పుడు సంభవిస్తుంది. ఫలితంగా, కార్బన్ ఫైబర్ ఉపయోగం ముందు ఉపరితల చికిత్స చేయాలి.