Þrjár spurningar um kolefnissambandsefni: Dýrt? Brotnætt? Aðeins í svarthvítt?

Þegar þú sérð kolefnissambands sportbíl á öruhátíð, er fyrsta hugsunin „Þetta efni verður absóliut dýrt“? Þegar þú lest ummæli um kolefnissambands vatnsflösku, hvirfist hugurinn að „Hún mun brotna ef henni er fallið – ekki eins varanleg og rustfrítt stál“? Eða jafnvel þegar þú ert að velja íþróttatækni og sérð aðeins svart kolefnissamband vörur , heldur þú að „þessi efni sé í sjálfri sinni eingöngu svart“?

Sem atvinnumenn með ár af reynslu í kolefnisskeimum höfum við verið vanir þessum algengum misskilningi. Óhátalegt er að þegar kolefnisskeið fyrst flutti sig frá geimferðatækni yfir í neytendaframboð var hún mikill tæknibarri og nískilnotkun, sem vakti merkingar eins og „dýrt“, „broskulegt“ og „einfaldlega svart“. En með framförum í massaframleiðslu og ferliunum hefir nútímans kolefnisskeið kastað af sér þessum stigmetingum. Hún nær kostnaðarstjórnun en samt er hægt að nota hana í stórum kringumferðum, berst jafn vel og metall í árekstriprófum og getur jafnvel sýnt litafullar litlaga með tæknilegum aðferðum.

Of dýrt? Köflum um bakvið verðmerkinguna

Segðin „ein kíló af kolefnisskeið er jafngilt tíu kílóum stál“ er víða ummælt, en háverðið hefir aldrei verið „efnisáköstun“—það er óhjafnlegt afleiðing tæknintensífrar framleiðslu.
Tökum samfelldu vetni í bílum sem dæmi, kostnaðarbyggingin felur í sér þrjár lög af tækniböðum:

Ströng regla um aragróf á grunnefnum

Eftir að hafa verið unnin í gegnum margar ferli eins og snúning, foroxun og kolefnun, gefur 2,2 tonn af fyrirhöggnum polyakrýlnítríl tråð að lokum aðeins 1 tonn af kolefnisvetni, og grunnefniskostnaðurinn nær fimmtán sinnum járnkostnaði.

Raunveruleg orkukostnaðargjöld

Hitabeitunarferlið krefst viðhalds á hitastigi yfir 1.000 gráður celsius, og raforkugjöld standa til um allt að 30% af framleiðslukostnaðinum. Þetta jafngildir notkun 200 kilóvattklukkustundum af rafmagni fyrir hvern 10 kg af framleiddu kolefnisvetni.

Faldir reikningar nákvæmni ferlisins

Kolefnisvetnis umbreytingarsett fyrir Mercedes-Benz V260L krefst yfir 300 laga af vefni sem verða nákvæmlega handlagð. Hvert misplacement getur leitt til ónotungis vöru, og eingöngu utanhlutar kosta 300.000 jian.

Að mikilvægri er að það nái „umkverða á kostnaðar áhrifum“: kolefnissúreflislegur hluti er 60% léttari en stál, sem bætir um 15% ríðstrekki nýrra orkubíla. Langtímaorkuöflun bætir fljótt upp upphaflegan kostnað. Með framförum í massaframleiðslu tækni hafa verð fyrir neytendavörur í kolefnissúrefli minnkaðs um 70% miðað við fyrir tíu árum, sem mun gera það að auki aðgengilegra venjulegum húshaldum í framtíðinni.

Brotinn við árekstur? Árekstrarviðnýsingarpróf sýna annaðvísi.

Rangt mat á því að „kolefnissúrefli sé jafn brotlent og glas“ hefur sér rætur í einhliða skilningi á eiginleikum þess. Við skulum kynna tvær raunhæfar mælingar:

Árekstrarviðnýsingarpróf með fallandi vægi

Undir eins ákveðnum árekstrarumstöðum með 10 kg þyngd og 2 metra hæð, sýndi 5 mm gróf kolvetruplata aðeins litla yfirborðsdrupu, en álgerðarplata af sömu grófleika rak í gegn. Þetta er vegna þess að kolvetra hefir dragfastu sem er sjö sinnum meiri en stál, sem gerir hana fyrir hæfilega til að taka á móti árekstriorku í gegnum samvirkni milli vefja og harðefnis.

Venjuleg staðfestingartilvik

Driftbíllinn Ford Mustang Shelby GT er með allan líkama úr kolvetri. Í árekstarprófi við 120 km/h minnkaðist formbreyting líkamans um 40% miðað við stálhlut, en farþegarýmið héldst óbrotnuðu. Keppnisgögn sýna að kolvetrslíkaminn minnkar hættuna á meiðslum vegna árekstra um 65%.
Þessi „sterka en ekki brotthneigileg“ eiginleiki er nákvæmlega ástæðan fyrir því að geimferðaiðnaðurinn treystir á efnið sem helsta efni fyrir geimfaraskrota – getur orðið fyrir áhrifum frá geimskrum og samt minnkað lokið vægi.

Aðeins svart? Lífríkt karbónkeldi hefur verið framleitt í miklum magni og notað í langan tíma.

Hefðbundin karbónkeldi birtast sér af náttúrunni sinni svört vegna þess að π-rafnaskeljurnar, sem myndast af sp² hybriduðum kolefnum á yfirborðinu, eyða allan sjáanlega ljósspektra. Hins vegar hefur þessi tæknileg takmörkun nú verið leys upp.
Litaþróunartækni byggð á smá- og nanóbyggingum, sem hópur prófessors Xu Weilin við tekstílháskólann í Wuhan hefir þróað, hefir gefið karbónkeldinu fjölbreyttan lit: Með því að mynda reglulegar nanóstærðar byggingar á yfirborði keldunnar með sputtering með segulsviði og nýta ljósleiðbeitingar til að búa til lit, er þessi tækni ekki aðeins umhverfisvæn og andvarpar bleikingu, heldur varðveitir líka upprunalegu eiginleika efnisins. Karbónkeldi sem er nú framleitt í litum felur yfir margvíslega litaspalda, þar á meðal rauðan, bláan og gullinn, og er komið í raunverulega notkun í þremur mikilvægum sviðum:

Hámarkneyslu

Samlingin Richard Mille Fruits er með appelsínugulan koltrefjukolvetning sem er gerður með skipt um milli lagafyrir svartan og litinn kolvetni sem er samþrýtt saman, sem nær hardleika á HRC55 og veltur 40% minna en rustfrjáls stálkassi.

Bílalagsbransinn

Rauðir koltrefjusporar hafa orðið markaðarmerki afköstumbíla og hafa sumir heimsmarkaðsframleiðendur náð framleiðslu í stórum yfirborðum.

Iðja sveigjanlegra tæka fyrir heilsu

Heilsuhandvöndul gerður úr silfurlögðum leiðandi koltrefji eyrðir ekki bara hjartslátt heldur er einnig svo varanlegur að hann endurskipar sig eftir 100.000 beygingar án brots.

Kynningin á þessum litríka vöru er að breyta koltrefji frá „iðjuefni“ yfir í „tæknilínu“.

Brota fyrir dóma: Koltrefji á næstu tíu árum

Frá nýjungamiklum efnum í loftfaraiðinni til aðgengilegra valkosta á neytendamarkaði, sýnir þróun koltrefjanna ekki tafar. Þegar hugsað er um að 30% kostnaðarins komi af rafmagni (sem hægt er að draga úr með grænu orku í framtíðinni), að það er miklu skammtþyrlaust frammi fyrir málmtögnum og að litavalinu halda áfram að eitlast, verður ljóst: „stereótypan“ sem hafa verið tengd koltrefjum eru að brotna ein og ein með nýjungatækni.