Hvað er kolvetni? Hvað gerir þetta „efna stjörnu“ svo góða?

Þegar um kolvetni er að ræða gætirðu heyrt um það í fréttir - rakettörvar, hraðspórsbílar, drónur, keppnisbílasturtur og jafnvel hámarksmiðaðir badmintonracketar hafa allt þetta í sér. Þessi efnishefð sem hljómar eins og „sólarfræði“ af efnum, hvað er hún í raun? Í dag notum við algengustu orðin til að kynna ykkur „stjörnuefnið“.

Kolvetni, í raun „ofurkolþráðir“

Einfaldlega sagt er kolvetni óorganískur mörgbundinn þráður sem inniheldur allt að 90% eða meira af kolni. Það er hvorki ágrip né plasti heldur „kristall af kolni“ – svartur þráður sem myndast með sérstökum ferli með að kolsama organíska þræði (eins og polyacrylonitrile og teer) við háhiti til að fjarlægja tómhlutina.

Útlit: aðeins 5-10 mikrón í þvermál (um 1/10 af hársíðu), lítur út eins og svartur ullarþráður eða völva á auga, en er meira „steifur“ við snertingu en járnsíða.

Eiginleikar: "Létt, sterkt, varanlegt, stöðugt".

(1) Sterkleiki er 7-9 sinnum meiri en steikju, seigleiki er langt meiri en glösþráður;
(2) Einingarþéttleiki 1,7 g/cm³, léttari en ál (álþéttleiki 2,7 g/cm³)
(3) Hitaeðli (bræður ekki við hita yfir 2000 ℃), átogsorðugleiki (óhræddur fyrir sýrum og sáum), ekki leiðir rafmagn (með sérstökum meðferðum hægt að gera það leiðandi).

Afköst „á og af“: ótrúlega létt en óvenjulega harður

Stórleikinn í kolefnissúrefni er allur „styttur“ af þremur lykilforrúmum:

（1）Létur sem fjöður, en sterkari en stál:

Þéttleiki er aðeins 1,7-2,0 g/cm³ (1/4 hluti stálsins, 2/3 hluti álgerðar), en brotlengingarsterk myndu ná 3000-7000 MPa (meira en 10 sinnum styrkur stáls), og getur kolefnissúrefnasauma um einnar fingurstórar lifað nokkrar tonn af bíl.

（2）Stífleiki sprengist, stöðugur eins og steinn:

Elasticity modulus (mæling á stífleika) nær 200-600 GPa, næstum engin breyting við álag, notað sem styðja fyrir geimföng, getur viðhaldið nákvæmu stöðu í geiminum.

（3) Öll „andstyggileg“ eiginleikaeinkenni eru fullt upp

Há hitaþolnun (óvirkt umhverfi til að berja 2000 ℃), ásabestand (haf með áratugum af órósi), andspyrna við þreytu (endurtekinn kraftur er ekki auðvelt að brota), og allir metall í framsæti hennar verða að „gefa sig“.

Af hverju er kolefnissúrefa „taktísk efni fyrir ríkið“?

Kolefnissúrefa er mjög erfitt að framleiða, og aðeins fjöldi fárra landa heims geta framleitt miklar magn af hámarkaðri kolefnissúrefu (aðallega Kína, Japan og Bandaríkin). Það er ekki aðeins „grunnsteinninn“ í framleiðslu á hámarki, heldur tengist einnig kjarnasviðum eins og geim- og varnarmálum.

Til dæmis, í hernum er hægt að nota kolefnissúrefu til að búa til flugvélar af falinum gerð (bylgjuaflétting), handhafningu á oddkassa (lækkun á vægi til að bæta nærveru); á sviði nýrra orkugjafa, ju lengra vindorku blöð eru, því hærri er knúðvirkni orkugenerators, og aðeins kolefnissúrefa getur stuðlað undir 100-metraveldis risablaðið.
Á undanförnum árum hefur koltrefjaríðnaður Kínar gert mikla framvindu, frá háðri innflutningi að sjálfstæðri stórmengskubrúgun, og jafnvel náð yfirráðandi stöðu á heimsmarkaðinum á sumum sviðum (eins og vindorku, íþróttavöru).

Hvernig er koltrefja "gerð"?

Stórleikinn í kolefnissúrefni er allur „styttur“ af þremur lykilforrúmum:

（1）Undirbúningur grunndraðs

Polyakrylnítril (PAN), tjara og önnur hráefni, sem verða til „hrásilks“ (líkt og efnafrum) í spinnumálinu. Þessi skref er grundvallarlag, og gæði hrásilksins ákvarða beint afköst koltrefjunnar (Kína var lengi „fest“ í þessu skrefi).

（2）Kolun

Hrásilkið er hitað hægt að 1.000–3.000°C í æðrunargasi (til að koma í veg fyrir brennslu), sem fjarlægir frumeindir eins og vetnis- og súrefni, og eftir eru aðeins kolvetnisfrumeindir. Eftir þetta skref hefst kolhlutfallið í þráðnum frá 50% upp yfir 90%, sem aukar dráttshyggju og steifni talsvert.

（3）Aftanafangseðli

Eftir því sem er notkun , eru kolrænsefni vöfuð í efni, vikuð í rör eða blandað við harðefni, málmar o.s.frv. til að búa til „kolrænsefnis samsetningar“ (svo sem sem oft er kallað „kolrænsefnisborð“ og „kolrænsefnisrör“).

【Kolrænsefna Kuldaþekking】

Q: Af hverju er það svart?
A: Grafitbyggingar drekka næstum allt sýnilegt ljós.

Q: Hrotinn við eld?
A: Oxisöðun byrjar við 400°C í lofti, en herbergið notar það sem hitaeftirlit.

Q: Getur verið endurvinnið?
A: BMW hefur gert kleift að endurvinda bílhópan úr rusli af kolrænsefni.