مزايا الخيط الموصّل من ألياف الكربون

عندما يتعلق الأمر بالأسلاك ، فإننا نفكر أولاً في الأسلاك النحاسية وأسلاك الألمنيوم والأسلاك الحديدية والأسلاك المعدنية الأخرى.كلها مصنوعة من سحب الأسلاك المعدنية النقية.سبب استخدام المعادن هو أن جميع المعادن لها موصلية كهربائية جيدة.السبب في أن المعادن لها موصلية كهربائية جيدة هو أن ذرات المعدن تحتوي على عدد أقل من الإلكترونات الخارجية.بعد دمجها في مجموعات ذرية ، تحتوي الطبقة الخارجية لكل ذرة أيضًا على إلكترون واحد أو إلكترونين فقط وتدور حولها ، بحيث تحتوي الطبقة الخارجية للذرة على إلكترون واحد أو إلكترونين فقط.سيكون هناك المزيد من الوظائف الإلكترونية الشاغرة في الطبقة ، بحيث يمكن للإلكترونات الأجنبية الدخول والتحرك بسهولة ، كما أن المعدن يسهل توصيل الكهرباء ، لذا فإن الأسلاك التي رأيناها هي في الأساس معدنية.
نظرًا للتوصيل الجيد للمعدن ، فإن أسلاك التيار هي في الأساس معدنية.هل يمكن استبدال الأسلاك بمواد أخرى غير ملامسة؟ممكن أيضًا ، مثل ألياف الكربون.
يعرف العديد من الأصدقاء أن ألياف الكربون شديدة الصلابة ، لكنهم لا يعرفون أن بعض ألياف الكربون موصلة للكهرباء.هذا لأن هذه الألياف لها بنية ذرية مشابهة للجرافيت ، والجرافيت موصل جيد ، وهو نوع من عنصر الكربون.Allotropes ، كل ذرة كربون في الجرافيت متصلة بثلاث ذرات كربون أخرى حولها ، مرتبة في بنية سداسية تشبه قرص العسل ، حيث تنبعث كل ذرة كربون إلكترونًا حرًا ، لذا فإن الجرافيت يوصل الكهرباء.الأداء جيد جدًا ، حوالي 100 مرة أعلى من أداء المواد غير المعدنية العادية.
ومع ذلك ، ومع ذلك ، فإن توصيل التيار في سلك ألياف الكربون المركب لا يعتمد على ألياف الكربون ، لأن موصلية ألياف الكربون لا تزال غير جيدة مثل تلك الخاصة بالمعدن.يدمج الراتينج خيوط ألياف الكربون المرتبة طوليًا في الكل ، مما يجعل ألياف الكربون أقل موصلة ، لذلك لا يتم استخدام ألياف الكربون هنا لتوصيل الكهرباء ، ولكن لتحمل الوزن.هيكل سلك قلب مركب من ألياف الكربون مشابه لهيكل سلك الألمنيوم التقليدي ذي القلب الصلب.وهي مقسمة أيضًا إلى سلك القلب الداخلي وسلك الألمنيوم السطحي.يتحمل السلك الأساسي معظم الضغط الميكانيكي للسلك نفسه ، بينما يتحمل سلك الألمنيوم الخارجي مهمة التدفق الحالي.
اتضح أن الأسلاك الحاملة في الأسلاك كلها أسلاك فولاذية ، وعادة ما تكون حبال أسلاك الفولاذ ملفوفة من 7 خيوط من أسلاك الفولاذ ، والخارج عبارة عن سلك ألمنيوم مكون من عشرات الخيوط من أسلاك الألمنيوم ، لكن ألياف الكربون مركبة سلك المادة عبارة عن حبلا وسطى من مادة مركبة من ألياف الكربون ، والجزء الخارجي رباعي الأضلاع.سلك ألومنيوم متعدد الخيوط ، كما هو موضح في الشكل أدناه ، يسار سلك ألومنيوم سلك فولاذي ، ويمين سلك قلب مركب من ألياف الكربون.
نعلم أنه على الرغم من أن الفولاذ يتمتع بقوة شد جيدة وصلابة ، إلا أن كثافته كبيرة جدًا ، لذا فهو ثقيل جدًا ، لكن كثافة المواد المركبة من ألياف الكربون أصغر بكثير ، فقط 1/4 من الفولاذ ، ووزنه هو نفسه فقط الصوت.ومع ذلك ، فإن قوة الشد والصلابة لألياف الكربون أفضل من قوة الفولاذ ، بشكل عام ضعف قوة الشد للفولاذ على الأقل ، وبالتالي فإن الغرض الرئيسي من استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون هو تقليل وزن السلك ، وبنفس السماكة من ألياف الكربون نظرًا لأن السحب أفضل ، فيمكنه أيضًا حمل المزيد من أسلاك الألمنيوم ، مما يجعل السلك أو الكابل أكثر سمكًا لتمرير المزيد من التيار.
نظرًا لأن السلك المركب من ألياف الكربون يتمتع بالخصائص الممتازة المذكورة أعلاه المتمثلة في الكثافة المنخفضة والوزن الخفيف وقوة الشد الكبيرة والمتانة القوية ، إذا كان من الممكن استخدام هذه المادة لفترة طويلة ، فمن المحتمل أن تحل محل الأسلاك الفولاذية وأسلاك الألمنيوم في المستقبل.السلك الشائع الاستخدام وسلك ألياف الكربون لهما تأثير تسخين عندما يتم تنشيطه ، لذلك سيتم استخدامه أيضًا كسلك تسخين في بعض الصناعات.لذلك ، فإن السلك الحالي ليس بالضرورة معدنًا ، كما سيظهر السلك غير المعدني أكثر فأكثر في كثير من الأحيان.