Uglerod tolasiga oid uchta savol: Qimmatmi? Sinuvchanmi? Faqat qora rangdamikin?

Avtosalondagi uglerod tolali sport avtomashinasini ko'rganingizda, birinchi o'ylashingiz: "Bu material juda qimmat bo'lishi kerakmi"? Uglerod tolali suv idishining sharhlarini o'qiganingizda, ongli ravishda o'ylaysizmi: "Agar tushirib yuborilsa, sinadi — nerjavyeyka po'latgina chidamli emas"? Yoki hatto jismoniy tarbiya jihozlarini tanlaganingizda ham faqat qora uglerod tolasi ko'rinsa mahsulotlar , siz "Bu material asosan faqat qora bo'ladi" deb taxmin qilyapsizmi?

Karbon tolasi sohasida yillar davomida ishlagan sanoat mutaxassislari sifatida, biz ushbu tarqoq noto'g'ri tushunchalarga odatlanib ketdik. Karbon tolasi boshqa dastlab aviatsiya sohasidan iste'mol bozoriga o'tganida, uning yuqori texnik to'siqlari va maxsus dasturlari uni "qimmat", "silliq" va "bir xil qora" kabi yorliqlar bilan ta'minlaganligi inkor etilmaydigan haqiqat. Lekin massali ishlab chiqarishdagi yangiliklar va jarayonlarni takomillashtirish natijasida zamonaviy karbon tolasi ushbu stereotiplardan xalos bo'ldi. U hozirda xarajatlarni nazorat qilish imkonini beradi, keng ko'lamli dasturlarda qo'llanilishi hamda ta'sirga chidamlilik sinovlarida metall materiallarga raqobat bardoş etadi va hatto turli ranglarni texnik vositalar orqali namoyon qilishi mumkin.

Narxi juda qimmatmi? Narx tagidagi texnik xarajatlarni ochib berish

"Bir kilogramm karbon tolasi o'n kilogramm po'latga teng" degan ibora keng tarqalgan, lekin yuqori narx hech qachon "material premiyasi" emas edi — bu esa texnologiyaga poydevor qilgan ishlab chiqarishning ehtimossiz natijasidir.
Avtomobil karbon tolasi misolida, uning xarajat tuzilishi uchta qat'iy texnologik to'siqlarni o'z ichiga oladi:

Xom ashyo chiqindilari bo'yicha qattiq qoidalar

So'rish, oldindan oksidlanish va karbonizatsiya kabi bir nechta jarayonlardan o'tgandan so'ng, 2,2 tonna poliakrilonitril prekursor tolasi nihoyatda faqat 1 tonna karbon tolasi hosil qiladi, xom ashyo xarajatlari po'latnikidan besh baravar ko'p bo'ladi.

Haqiqiy energiya iste'moli xarajatlari

Issiqlikni ishlash jarayoni 1000 gradusdan yuqori haroratni saqlashni talab qiladi, elektr xarajatlari ishlab chiqarish xarajatlarining 30% gacha tashkil qiladi. Bu har 10 kilogramm karbon tolasi uchun 200 kilovatt-soat elektr energiyasini iste'mol qilishga teng keladi.

Jarayon aniqligining yashirin xisoblari

Mercedes-Benz V260L uchun karbon tolali konvertatsiya to'plami aylanib chiqish uchun 300 dan ortiq tolali gazlama qatlamlarini aniq qo'lda joylashtirishni talab qiladi. Har qanday mos kelmaslik mahsulotni ishlatilmaydigan qilib qo'yishi mumkin, tashqi komponentlarning o'zi 300 ming yuanni tashkil qiladi.

Bundan muhimroq, u "xarajatlarga nisbatan samaradorlikni o'zgartirishga" erishadi: karbon tolali korpus po'latnikidan 60% yengil bo'lib, yangi energiya transport vositasining quvvat zahirasi 15% ga oshadi. Uzoq muddatli energiya tejamkorligi dastlabki xarajatlarni tezda qoplaydi. Massaviy ishlab chiqarish texnologiyasidagi yutuqlar tufayli iste'molchi darajasidagi karbon tolasi narxlari o'ttiz yil oldinga qaraganda 70% pasaygan bo'lib, kelajakda oddiy oilalar uchun ham barcha imkoniyatlar mavjud bo'ladi.

Ur'ilganda singdimi? Urilishga chidamlilik sinovi aksincha natijani ko'rsatadi.

"Karbon tolasi shishaga o'xshab brittel" degan noto'g'ri tushuncha uning mexanik xususiyatlarini to'liq tushunmaganlikdan kelib chiqqan. Keling, ikkita eksperimental ma'lumotlarni keltiraylik:

Tushirilgan og'irlik bilan urilish sinovi

10 kg og'irlik va 2 metr balandlikdagi bir xil ta'sir sharoitlarida 5 mm qalinlikdagi uglerod tolali plastinka faqat maydongina sirtga botishni ko'rsatdi, shu esa qalinligi bir xil bo'lgan alyuminiy qotishmasi plastinkasida kesilish hosil bo'ldi. Bu uglerod tolasi po'latnikidan etti marta kuchliroq cho'zilish chidamliligiga ega bo'lib, tolalar hamda rezinaning simbiotik o'zaro ta'siri orqali ta'sir energiyasini so'rishi mumkinligi bilan tushuntiriladi.

Amaliy tekshiruv hollari

Ford Mustang Shelby GT drifthik mashinada butunlay uglerod tolali korpus ishlatilgan. 120 km/soat tezlikdagi vayron bo'lish sinovidan o'tkazilganda korpus deformatsiyasi po'lat korpusga nisbatan 40% ga kamaytirildi, paydo bo'ladigan jarohatlarning xavfi esa 65% ga pasaytirildi.
Ushbu "mustahkam, lekin nozik" xususiyat aynan kosmik sanoat tomonidan kosmik kemalarning gavvoslarini yaratish uchun asosiy material sifatida foydalanilishining sababi hisoblanadi — u kosmos axlatlarining ta'sirini chidash hamda uzish og'irligini kamaytirish imkonini beradi.

Faqat qora? Rangli karbon tolasi uzoq vaqt davomida jadallik bilan ishlab chiqarilmoqda va qo'llanilmoqda.

An'anaviy karbon tolasi o'ziga xos qora rangga ega, chunki uning sirtidagi sp² gibridlanishdagi uglerod atomlarining hosil qilgan π elektron bulutlari butun ko'rinadigan yorug'lik spektrini so'rashadi. Biroq, ushbu texnologik to'siq endi engib o'tilgan.
Xu Veylin akademikning Vuhan Matbaa Universiteti guruhida ishlab chiqilgan mikro-nano tuzilmali bo'yash texnologiyasi karbon tolaga yangi rang bergan: Magnitron pultidan foydalangan holda tolalar sirtida nanotajribali davriy tuzilmalarni yaratish orqali hamda yorug'lik interferentsiya effektlaridan foydalanish orqali rang hosil qilish imkoniyati tug'ilgan. Bu texnologiya nafaqat ekologik toza va so'nmaydigan, balki asl mexanik xususiyatlarni saqlab turadi. Hozirda jadal ishlab chiqarilayotgan rangli karbon tolalari qizil, ko'k va oltin kabi bir nechta ranglarga ega bo'lib, quyidagi uchta sohada amaliy qo'llanilmoqda:

Yuqori darajadagi iste'mol sohasi

Richard Mille Fruits to'plami qora va rangli karbon tolalarning bir-biriga almashtirilgan qatlamlarini birga siqish orqali yaratilgan apelsin gradientli karbon tolali korpusga ega bo'lib, u HRC55 qattiqlikka erishadi va nerjyustavkarlik po'latidan 40% yengilroq bo'ladi.

Avtomobil sozlash sanoati

Qizil karbon tolali spoylerlar ishlash ko'rsatkichlari bilan ajralib turadigan avtomobillarning xos xususiyatiga aylandi va ba'zi mahalliy ishlab chiqaruvchilar hozir katta miqdorda ishlab chiqarishga erishdilar.

Aqlli kiyim-kechak sohasi

Kumush bilan qoplangan o'tkazuvchan karbon tolasidan tayyorlangan salomatlik bilaguzukti faqat yurak urishini nazorat qilish bilan cheklanmaydi, balki 100,000 marta egilganda ham shaklini saqlaydigan chidamlilikka ham ega.

Bu rang-barang mahsulotlarning paydo bo'lishi karbon tolani «sanoat materiali» dan «moda elementiga» aylantirmoqda.

Oldindan tasavvurlarni buzish: Karbon tolaning keyingi o'n yillik

Havo-kosmik sohadagi eng ilg'or materiallardan boshlab iste'mol bozoridagi arzonroq variantlargacha, uglerod tolasi evolyutsiyasi to'xtash belgilari ko'rsatmaydi. Uni umumiy narxining 30% elektr energiyasiga to'g'ri kelishini (kiyinroq yashil energiya bilan kamaytirish mumkin) va uning metallarga qaraganda sezilarli darajada yuqori ta'sirga chidamliligini, shuningdek ranglari doirasining kengayib borishini inobatga olsak, aniq ravishda tushunamiz: «uglerod tolasi» atrofida mavjud bo'lgan "stereotiplar" texnologik yangilanishlar orqali birma-bir buzilmoqda.