Sut mae Manwerthiad Carbon yn Transformio o Wyrddyn/Bitumen i 'Gwair Du'?

A allwch chi gredu? Mae'r fframwaith craidd sydd tua chefn cemylau campyddion Olympaidd yn gallu taro pêl bach ar 300km/h, ceir F1 gyda corffau sy'n meddiannu sbaer 0-100km/h mewn 2.3 eiliad, hyd yn hynny casgliadau allanol rocets gofod sy'n torri drwy'r atmosffer – eu hanogaeth benywaidd yn dod o'r 'gwres ddu' wanaill a gafodd ei ôl ei wahanu ar ôl prosesu olew?

Heddiw rydym yn edrych ar gynnydd hynod o fewn gwyddoniaeth deunydd, y 'blaenwr' mewn deunyddiau. Darganfyddwch sut y gafodd asfalt petroliwm syml ddioddef nifer anfeidraol o brofiadau i drawsffurfiadu i 'goleuddydd du' sydd werthfawrach na llynges!

Pam ei alw'n "goleuddydd du"?
Cyn dechrau'r daith hon o drawsffurfio, gadewch i ni ateb cwestiwn sylfaenol yn gyntaf: pam y gelwir carbon fibre yn aml yn gymharad â goleudyd?
(1) Mae ei phris yn wirioneddol yn 'werthfawr fel goleudyd': mae gan carbon fibre safonol gost o sawl fil yuan y kilogram, tra bod carbon fibre gradd awyrennau uchel yn gallu cyrraedd hyd at 20,000 yuan y kilogram – sydd yn ddrutach na llynges (tua 5 yuan y gram).

(2) Perfformiad gryfal: Pwysau un chwarter y metel ond â chryfder degwaith fwy, mae'n gwrthsefyll corrosion mewn asidion cryf ac yn aros yn ddiffrifog ger -180°C.

(3) Mae ei ddiffyg yn wirioneddol yn ofnadwy: dim ond degwyrdd o wledydd ar draws y byd sydd â thechnoleg gynhyrchu ar radd fawr, gyda charbon ffrind gwaelod digwydd fel "deunydd strategol" – sy'n ei wneud yn anodd ei gael hyd yn oed pan roeddwn chi eisiau.

Mae'r 'croesawnydd' hwn yn dod o asfalt, cynnyrch olltredig petroleum – tebyg i dynnu diamenau o stôcs glo, gyda phob cam yn llawn hud.

Asfalt i Ffrind Garbon: Broses Pump Cam o 'Algemeg' Lle Nid Oes Dim Un Cam Gall Eistedd Trasna!

Cam Un: Detholiad Deunydd — Y Ceninen ar y Brig: Bitumen Uchel Safon
Nid yw pob math o bitumen yn gallu gwneud cais. Mae'r bitumen rydym yn ei ddefnyddio ar gyfer adeiladu ffordd yn cynnwys gormod o drudion a chynnwys isel o garbon, sy'n ei wneud yn anaddas. Dim ond "bitumen gradd arbennig" â chynwys uchel o glirdeb, cynnwys uchel o garbon (90%) a chynnwys isel o swlffwr a metel all gael ei ddefnyddio ar gyfer cynhyrchu ffrind garbon.

Mae peiriannwyr yn defnyddio dynodiad hydoddwr i "bathu"'r asfalt: eu hymwyro mewn hydodwyr arbenigol i ffiltrowydd o lostrai fel sulfur, nitrogen a metelau trwm, yn debyg i sifting gwaed. Yna mae distyllu'n perffaithu ei strwythur moleciwlaidd, gan roi potensial iddo gael ei dynnu i filamnau ac ymladd â chynhesiadau uchel.

Mae'r cam hwn yn debyg i ddewis athletwyr: dim ond rhai sydd â "sylfaen cryf" all ymladd â'r hyfforddiant trylwyr sydd yn dilyn.

Cam Dau: Trolio — tynnu "tangau aur" deg gwaith fwy manwl na chaml gwallt.
Mae'r bitwmen purified yn cael ei wresogi i 200–300°C, gan newid i "hylif glasnat" tebyg i medd. Yna mae'r hylif hwn yn cael ei ormyn trwy ddrwsennu "spinneret" sydd wedi'i llenwi ag agoredi bach—pob un yn mesur dim ond 5–50 micrometr yn diamedr (o gymharu â chaml dynol sydd yn 50–100 micrometr), yn fwy manwl na needle brosi!

Mae'r ffibrillau asfalt sydd wedi eu hanoga trwy'r oriffiau hyn yn mynd i fewn i ddŵr oer neu aer oeri ar unwaith i "oeri a gosod", gan ffurfio serydd ffibrillau asfalt parhaus. Mae cam yma'n gofyn am sgil technegol eithriadol: bydd cyflymder allforio ychydig yn uwch yn achosi i'r ffibrillau dorri; bydd tymhereddau oeri ychydig yn is yn eu gwneud yn briw; hyd yn oed un oriff flocus mae'n gallu gwneud lot o'r holl ffibrillau'n andefnyddiadwy.

Gall rhywun ei gymharu â "gynhyrchu coediga bobadur yn wahanol", ond yw'r "ffigrin" sydd wedi ei alforio yn deng gwaith yn hwyach na silk.

Cam Tri: Rhag-ocsido - Gwisgo "costim tan-drais" ar y ffibrin
Mae ffibrin asfalt newydd wydn yn beth fach agored: mae'n torri wrth y llawdr pull bach, ac yn dal tan wrth y spark bychan. I'w wneud yn gadarn a chalus, y cam cyntaf yw'i wneud yn ddraen-ddras.

Mae'r ffibr gwreiddiol yn cael ei roi mewn ofn sydd wedi'i wresogi i 150-300°C, ble mae'n cael ei wresogi'n araf yn yr awyr am sawl awr. Yn ystod y broses hon, mae elfennau hydrogen a ocsigen yn gadael y ffibr asfaltiau yn raddol. Mae ei strwythur moleciwlaidd yn newid o linellol i gyflwr rhwydwaith, ac mae ei liw yn newid o du i brown tywyll. O bwys, mae'n dod yn ddwr acsiadus!

Ni ellir anghofio'r cam hwn erioed: pe byddech chi'n anghofio'r rhagnodi a mynd yn uniongyrchol at prosesu tymheredd uchel, byddai'r ffibr asfaltiau yn losgi ar unwaith, gan wneud pob ymdrech blaenorol yn ddiofyn. Yn ogystal, mae'n rhaid i'r cyfradd o wresogi fod yn araf; pe byddech chi'n ei gyflymu, byddai hynny'n arwain at "stres fewnol anghyfartal" o fewn y ffibr, gan achosi cracio.

Cam Pedwar: Carboniad — Perffeithio wrth dymhereddau uchel i gynhyrchu "sgilfarn pur o garbon"
Mae'r ffibrin gwreiddiol, sydd nawr wedi'i orchuddio â'i "gwnstal ddiffodd tan", yn rhaid mynd trwy'r "profiant uchaf" o fewn y forno diffridoli. Mae'r forno hwn yn gweithredu ar dymhereddau sy'n amrywio o 1000 i 1800°C ac mae'n rhaid iddo gynnal amgylchedd rhydd o ocsigen (fel arall byddai'r carbon yn ôcsideio i ddarbon deuocsid).

O dan y tymhereddau eithafol hyn, mae'r olion olaf o elfennau nad ydynt ynghartref (fel hydrogen a nitrogen) o fewn y ffibrin yn "dianc" fel nwyon. Yr hyn sy'n weddill yw cartref bron lân (cynnwys carbon 90%), gyda'i strwythur moleciwlaidd yn aildrefnu i "crystialau tebyg i graffit" mewn trefn. Ar y cyfnod hwn, mae'r "ffibrin asffaltd" yn cael ei drosglwyddo'n ffurfiol i "rhagfloriad manylog carbon"!

Mae'r tymheredd carbonau yn penodi gwerth y ffibr garbon yn uniongyrchol: gall ffibr garbon gradd diwydiant gyffredin gael ei gynhygu o amgylch 1000°C, tra bod gradd awyrenofnus yn gofyn am dymheredd sy'n fwy na 2000°C. Mae hyn yn arwain at trefniadau crysialau carbon mwy trefnus a chryfder sy'n cynyddu sawl llawer, gan gyrraedd y pris yn naturiol.

Cam Pumpump: Triniaeth Arwyneb — Sefydlu Cysylltiadau ar gyfer Ffibr Garbon
Mae gan ffibr garbon newydd alltudiedig arwyneb mor glir â gwydr, sy'n tendio i 'lleidio' wrth gysylltu ag egnodion fel smwâd neu fetel – yn debyg i ddau ddarn gwydr glir sydd wedi'u wasgu'nghyd, ond sy'n rhwymo ar wahân yn sydyn. Yna mae'r ffibr garbon trinedig yn cael ei wefu i ffwrn (y ffwrn garbon a drafodwyd yn barod) neu ei dorri i ffibrannau byr, gan greu'r "sgilfaba sylfaen" o ddeunriadau cyfansawdd.
Ar y pwynt hwn, mae'r daith "trywanio" o 2-3 mis a ddechreuodd gyda asfalt yn bellach wedi'i gwblhau.

Mae'r ffeithiau bach anhysbys hyn yn anhysbys i 90% o bobl!

nid yw pob sgrifolion carbon yn dod o bencampawd petroliwm: yn ogystal â phencampawd petroliwm, gellir defnyddio polyacrylonitrile (PAN) a sgrifolion ffascin i gynhyrchu sgrifolion carbon. Mae sgrifolion carbon sydd â sylfaen PAN yn cyfrif am 90% o'r cynhyrchiant byd-eang, tra bod sgrifolion carbon sydd â sylfaen pinc yn fwy addas ar gyfer rhaglenni uchel ac yn gryfach.

mae cynhyrchu un tunnell o sgrifolion carbon yn defnyddio 20 tunnell o ddeunyddiau crai: o bencampawd i sgrifolion carbon, mae'r gyfradd allbwn yn gostwng islaw 5%. Nid yw'n synnwyr ei fod mor ddrud.

mae Tsieina wedi torri'r fargen: yn y gorffennol, roedd Ewrop, America a Japan yn rheoli sgrifolion carbon uchel. Nawr mae Tsieina wedi cyrraedd cynhyrchu ar radd T1100 (gradd awyrofod) ar gyfeirnod 30% is lawr na'r rhai mewnforol.

Pa sgrifolion carbon cynnyrch ydych chi wedi dod o hyd iddynt?
Mae sgrifolion carbon yn wirioneddol bell o fod yn bell o'n bywydau bob dydd: y tu allan i awyrofod a chystadlu motorgors, maen nhw nawr yn ymddangos mewn fframiau beicion uchel, breichiau dronau, ac hyd yn oed casgliadau ffôn symudol.

A ydych chi wedi dod o hyd i gynhyrchion ffibr garbon yn eich amgylchion chi? Neu ba gymwysiadau'r dyfodol rydych chi'n eu rhagweld ar gyfer y fath hwn? Rhannwch eich barn yn y sylwadau!

Mae'r asfalt petroliwm anffodus wedi mynd trwy drawsffurfiad hynod dros sawl mis, gan datblygu i fod yn "goleudy du" sydd ar ôl gweithgynhyrchu uchel. Yn ôl hynny mae ymholiad parhaus am gywirdeb lefel milimedr gan nifer anfeidraidd o beiriannwyr, yn ogystal â chwilio bob amser i dynnu ffiniau gwyddoniaeth deunydd. Nesaf tro y byddwch chi'n dod o hyd i gynnyrch ffibr garbon, efallai y cofiwch: unwaith roedd wedi dechrau fel dim ond gwaelodion petroliwm a gafodd eu gollyngi.