人们可以把碳纤维想象成由碳原子组成的长线。事实上，碳纤维是一长串碳原子，直径在5到10微米之间。
与任何其他碳的化学计量化合物不同，人们实际上不能谈论碳纤维的固定性质和确定的原子比例。它更像是一种聚合物，比如聚乙烯，其中的碳纤维彼此相似，但不完全相同。
碳纤维的性能随制备方法的不同而不同。
那么，让我们来谈谈碳纤维最重要的特性之一，它可以在导电性相关的领域带来一场革命。
那么，碳纤维导电吗?是的，碳纤维导电。碳纤维的导电性一般是通过添加一些增强材料来增强的。它们也能在磁场的影响下发电。但与铜、银和铝等金属相比，碳纤维的导电性非常低，无法有效地用于实际用途。
这使我们思考一些问题
- 为什么碳纤维导电?
- 如何提高碳纤维的电导率?
- 碳纤维的电学性能有哪些应用?
让我们来了解更多关于碳纤维和导电性的知识。
在此之前，让我们谈谈碳纤维，制造步骤，并讨论它们的结构，以更好地了解纤维内部的导电性。
什么是碳纤维?
碳纤维是长链碳单元，具有类似石墨的网状结构。由于碳原子的链状结构，存在这样的长链网状碳单元。
托马斯·埃尔瓦·爱迪生被公认为是第一个使用天然棉花在灯泡的灯丝中测试碳的人。如今，许多其他材料，如聚丙烯腈、人造丝或石油沥青，都被用作制造过程的原材料。
用于合成碳纤维的原料被称为前体。
制造碳纤维的步骤
制造过程包括以下步骤:
1 .聚合:前驱体聚合得到长链聚合物。
2 .旋转产生的聚合物然后被纺成长纤维。通常使用化学方法和机械方法。
步骤3:氧化:通过空气加热使得到的纤维稳定。它从空气中吸收氧气，并进行复杂的原子重排过程来稳定纤维。
第四步:碳化:在无氧的情况下，对氧化稳定的纤维进行高温处理，使其失去非碳原子，形成紧密排列的碳纤维。
第五步:表面处理:碳化纤维没有非常有效的粘合性能，可以帮助它们与环氧树脂混合形成复合材料。因此，表面用某些化学物质进行相应处理，以达到这种结合能力。
6 .调整尺寸:纤维表面涂有环氧树脂、尼龙、聚酯等保护层。这就是所谓的大小调整。
碳纤维重量轻，密度低，抗拉强度高。它们的抗拉强度甚至高于钢。
目前正在进行的研究是提高碳纤维的导电性，以彻底改变交流电传输的领域。
碳纤维的导电性
众所周知，碳的同素异形体之一，即石墨，是电的良导体。石墨烯薄片上的离域电子和自由电子的存在使石墨导电成为可能。
石墨烯薄片是碳原子六边形排列的二维网络。
石墨烯片中的每个六边形都含有交替的单键和双键。因此，由于共轭结构，石墨烯片中的电子是非定域的。这些离域和自由移动的电子的可用性赋予电导。
当石墨烯薄片层层堆叠在一起时，就形成了石墨。
碳纤维的结构与石墨相似。石墨烯薄片联锁在一起形成碳纤维。石墨烯薄片相互锁扣的方式，导致碳纤维的形成。
与石墨不同，石墨烯薄片的三维排列不是规则的，也不遵循可测量的晶体顺序。
事实上，用于定义石墨烯片在碳纤维中的三维排列的技术术语是涡轮层。石墨烯层的非均匀、随机和不规则堆叠被称为涡轮分层。
在涡轮层的排列中，石墨烯片间的距离比石墨片间的距离要大。
由于石墨烯片的不规则堆叠，碳纤维不是很好的导电体。因此，电导率很低，但可以通过添加某些材料来提高。
提高碳纤维的导电性
碳纤维导电率低的原因是石墨烯片的非均匀、不规则堆叠。
为了获得更高的导电性，人们可以采用一些技术来克服有效传输电流的结构缺陷。
为了提高导电性，碳纤维通常通过混合一些增强材料作为复合材料使用。最常用的加固材料是环氧树脂、金属和陶瓷。
某些材料还可以增强碳纤维的电学性能。添加某些碳化合物制成导电性能高的复合碳纤维。
有时，修改碳纤维的制备方法可以产生更规则的结构和晶体石墨烯堆叠，从而提高导电性。
这一领域的研究仍在进行，一些有趣的发现
超细聚丙烯腈碳纤维(PAN)以丙烯腈为原料合成PAN碳纤维。
当炭化在1800-2200 C的高温下进行时，观察到的电导率约为7.58×10^3 S/m。
这是由于石墨烯薄片有序网络的增加。
碳纳米管(CNTs)、炭黑或石墨烯颗粒等材料的引入有助于填充碳纤维中堆叠的石墨烯片之间的间隙。这反过来又有助于电子运动和提高导电性。
在复合纤维中使用界面增强剂可以进一步提高导电性。界面增强剂使得石墨烯薄片中自由可用的电子有可能到达相邻的石墨烯薄片以导电。
碳纤维的应用
碳纤维具有多种重要的性能，在工业上得到了广泛的应用
- 碳纤维重量轻，同时杨氏模量高。这使得它们适用于航空航天和海洋工业以及货物运输。
- 它们是良好的导电体，在电磁干扰屏蔽、汽车罩等方面都有一席之地。
- 它们具有较低的热膨胀系数，使它们适用于导弹和飞机制动器。
- 碳纤维的自润滑特性应用于纺织机械。
- 现在人们可以找到用碳纤维制成的钱包和手表等。
- 在不久的将来，如果能达到与金属相当的导电性，这些材料就可以用于电流传输。
导电性:碳纤维Vs金属
电导率，也就是通过导体的电流，以西门子每米或S/m为单位来测量。电导率的高值意味着给定的材料是电的大导体。
银、铜、铝等金属都是很好的导电体。这些金属的电导一般在35 × 10^6到62 × 10^6 S/m的范围内。
与金属相比，碳纤维的导电性很低，约为10²S/m。但是，碳纤维的导电性可以通过添加某些材料来提高。电导率上升到10 ^ S/m的数量级。
结论
碳是一种用途广泛的元素，它本身有许多同素异形体。由于链状结构的特性，碳能够形成巨大的网状结构和长聚合物链。这种特性也让位于制造具有许多有用特性的碳纤维。
碳纤维的导电性是需要有效利用的重要特性之一。碳纤维是电的良导体，因为石墨烯片上有离域和自由移动的电子。
但与金属相比，其导电性太低。石墨烯片的不规则和无定形堆积形成碳纤维导致低电导。然而，人们正在研究不同的方法来克服这一缺点。
