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大只500注册页面更便宜、更结实、更轻:碳纤维的尖端

 
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这听起来可能令人惊讶,但人类迄今为止创造出的最坚固的材料不是来自金属,而是来自碳,这种材料构成了一支铅笔的笔尖。当然,要把它转化成一种强度如此巨大的材料,需要很多技术,但事实依然如此;我们星球上最普遍的元素可以用来创造一种具有如此独特性能的材料。现在,麻省理工学院的研究人员已经开发了一大只500注册页面轨迹规划模型,该模型可以帮助无人机以高速度飞过以前未开发的区域,同时保持安全。
 
什么是碳纤维?
 
一般来说,“碳纤维”指的是直径在5-10微米之间的芳香族碳聚合物链。芳香碳分子被加热并沿轴结合成结晶结构,形成具有显著机械和热性能的纤维[1]。
 
碳纤维的特性是什么?
 
拿着碳纤维做的东西时,最容易识别的特征是重量轻。碳的密度是铝的一半,钢的密度是[2]的五分之一。碳纤维复合材料也可以加工并用于制造特殊部件,这使得它在许多情况下成为金属的一个有吸引力的替代品,因为它可以在不牺牲机械性能的情况下减轻重量。
 
通过机械测试,一个人可以真正欣赏材料的相当大的强度。碳纤维具有高刚度、高拉伸强度和高杨氏模量,当与它的低重量相结合时,其强度重量比是其他材料[1]所无法比拟的。此外,碳纤维具有优异的热性能;它具有耐高温,低热膨胀,是热的不良导体(使它成为有效的绝缘体)[2]。
 
碳纤维是如何制成的?
 
虽然工业碳纤维生产的具体参数因工艺的不同而不同,但将芳烃转化为纤维的总体方案是相同的。无人机使用相机将环境捕获为体素,即根据深度信息生成的3D立方体。无人机飞行时,每个大只五佰检测到的体素都会被标记为“无人所知的空间”(不被物体占用)和“被占人的已知空间”(其中包含物体)。其余的环境是“未知空间”。“金牌大只500的目标是可持续生产乙醇等可轻松用作燃料的产品。” “利用二氧化碳还原反应从阳光中一步一步生产它具有挑战性。这一切都始于一种富含碳的聚合物前体材料。最常用的前驱体是聚丙烯腈(PAN),一种从油中提取的合成聚合物树脂,但人造丝(再生纤维素纤维)和石油沥青也可以用[1]。
 
第一步是将前体纺成纤维;在制造术语中,纺丝指的是通过一种叫做喷丝器的专门设备挤出聚合物的过程。纺丝方法有很多种(如湿法纺丝、干法纺丝、熔体纺丝、静电纺丝),每种纺丝方法的纤维形成机理不同,应根据所使用的前驱体和[3]纤维的最终用途来选择。
 
在纺丝后,纤维进入稳定阶段,在温和的温度下发生,导致多个碳纤维相互交联。接下来是碳化阶段,在高温(300-1200°C)下进行,会导致纤维中大量不需要的非碳元素的释放。
 
根据所需的碳种类,可能会有一个额外的石墨化阶段,发生在高达2800°C,并释放顽固的非碳元素后,碳化[4]。
 
我们用碳纤维做什么?
 
一旦碳纤维被纺成并稳定下来,它的潜在应用将是广泛而多样的。这些长丝可以直接织成纺织品,也可以与树脂混合制成复合材料。碳纤维的主要消费者是航空航天、风能和汽车工业,以及诸如高性能体育用品(如自行车、网球拍、曲棍球杆)[5]这样的小批量、高价值产品的利基市场。
 
目前,PAN前驱体的高成本限制了碳纤维在特种产品中的应用,在特种产品中,高机械性能和低重量比总成本[1]更重要。下一个预计将出现爆炸性增长的碳纤维市场是在汽车复合材料领域,该领域的高强度使其可以作为钢材的替代品,从而提高燃油经济性(由于重量显著降低)。
 
然而,随着工艺工程技术的改进,生产成本降低,生产速度加快,碳纤维的消耗预计会增加,市场范围也会扩大,包括那些由于前驱体和生产成本[6][7]而无法生产的低价值产品。
 
我们怎样才能使碳纤维更便宜?
 
考虑到PAN的高成本,许多研究正在寻找更便宜的芳香族聚合物前体来源。一个有前途的选择是使用木质素,一种在树木中发现的天然芳香化合物。这种生物聚合物目前被纸浆和造纸业大量加工,但基本上被当作废物处理。

造纸过程中,木质素从木材中去除,但不是利用它作为一个高价值的芳香流,造纸厂燃烧它,以创造过程能源的运作[1]。一些造纸厂已经开始分离木质素的一部分,而不是燃烧它,从而产生了一种廉价的、可再生的生物聚合物,可以被纺成纤维。
 
由于木质素衍生芳烃比石油衍生的PAN芳烃具有更大的非均质性,因此对木质素生物聚合物进行化学改性以改善其加工性能、提高其元素和官能团的同质性(从而使纤维具有更好的热性能和机械性能)是目前研究的重点。
 
我们怎样才能使它更坚固、更轻呢?
 
金属基体也可以用来代替传统的聚合物基体来形成碳复合材料。大只500平台总代提供自行车网络可增加运输的多样化,从而最大程度地降低投资风险自行车网络可提供冗余,以在其他网络出现故障时保持运输系统正常运行自行车网络支持新兴的微型交通市场。由于金属基复合材料(MMC)具有进一步化学反应和腐蚀的潜力,因此通常需要对其进行包覆以实现稳定,从而增加了生产成本。但是,对于某些应用,例如航空航天和飞机技术,性能和性能的改善弥补了生产的额外成本。
 
与传统的聚合物基碳纤维复合材料相比,复合材料在较高的温度下是稳定的,表现出更高的导电性和导热性,并能抵抗[10]的辐射。碳纳米管、碳的同素异形体圆柱形纳米结构和极高的长径比(即132000000:1),已被证明是一种很有前途的涂层聚合物基质和金属基复合材料,因为他们减少纤维退化,可能是由于风化和紫外线照射[11]。
 
石墨烯是一种碳同素异形体,由单层碳原子排列在六边形晶格中,形成一种具有非凡性能的材料。因此,它可以被认为是一个原子厚的碳纤维形式。它的强度大约是钢的200倍,但它非常轻,而且非常灵活。它是高导电,但同时,几乎透明的[12]。
 
石墨烯的一个特别有趣的特性是它储存电荷的能力。为了生产可用于微型电路的薄膜超级电容器,需要一种像石墨烯这样的材料,这种材料具有高的表面体积比,可以有效地存储并快速传递电荷[12]。石墨烯的发展可能会促使人们摆脱传统电池技术,将超级电容器融入现代电子产品。最终,正如石墨烯所证明的那样,在处理碳纤维上投入的时间和精力越多,碳纤维的性能就越令人印象深刻。
 
SGL集团是全球领先的碳基产品制造商之一。他们的综合投资范围从碳和石墨产品到碳纤维和复合材料。
 
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最终的想法
 
由于它的材料特性和已经建立的市场,碳纤维将继续在未来的材料中发挥作用。目前PAN前驱体的成本是制造碳纤维成本的一半;如果能开发出一种廉价的前驱体,碳纤维的应用就能超越目前的特殊产品市场,进入更广泛的应用领域——[7]。
 
随着纳米技术的进步,纤维生产的各个方面都有了更多的控制,我们将能够制造出比现在更专业的碳纤维。随着碳纳米管和石墨烯的发展,人们对碳纤维的研究才刚刚开始。