碳纖維為什么只有黑色的? |
發(fā)布時(shí)間:2022-10-13 15:46 | 瀏覽次數(shù): |
假如有人問(wèn)碳纖維有什么愿望,我想它一定會(huì)說(shuō)想拍一張彩色照片。 這當(dāng)然是一句奚弄的話,不過(guò)也正說(shuō)明了碳纖維的顏色太單一,只有黑色的可選。天主給了碳纖維黑色的表面,它卻想創(chuàng)造多彩的生活。所以,有人開始在碳纖維的顏色上下起了功夫。今天這篇文章簡(jiǎn)單聊一聊碳纖維顏色那點(diǎn)事。 碳纖維為什么是黑色的?最慣常的說(shuō)法是,碳纖維是碳材料,碳元素原本就是黑色的,所以碳纖維就是黑色的嘛。 這里有兩個(gè)錯(cuò)誤,首先碳元素是沒有顏色之說(shuō)的。元素是一個(gè)抽象出來(lái)的,用來(lái)分類的概念,它是一類原子的總稱,并沒有所謂的宏觀性子。就像我們說(shuō)動(dòng)物,我們無(wú)法說(shuō)動(dòng)物的身高、體重這種屬性,只有詳細(xì)到某種動(dòng)物或者某一個(gè)體才能使用。所以,我們只有詳細(xì)到哪種碳材料,才能說(shuō)是什么顏色的。 其次,并不是所有碳材料都是黑色的。金剛石也是碳材料,晶瑩剔透、光彩醒目,跟常見的石墨、碳纖維天差地別。以至于常人很難把金剛石歸結(jié)為碳材料的范疇。這里面顏色的差異就隱蔽在組成碳材料原子的排列結(jié)構(gòu)上。 物質(zhì)體現(xiàn)出不同的顏色,其原理在今天已經(jīng)特別很是了解了,當(dāng)物質(zhì)(分子或離子)吸取了相稱可見光能量的電磁波后,就會(huì)體現(xiàn)出被人眼所能覺察到的顏色。所以物質(zhì)之所以具有不同的顏色,這是由于它對(duì)不同的波長(zhǎng)的可見光具有選擇性吸取的效果。而體現(xiàn)為黑色的碳材料,就是由于它吸取了所有波長(zhǎng)可見光,所以體現(xiàn)為黑色。 體現(xiàn)為黑色的碳材料,如石墨、碳纖維、不定性碳等,之所以吸取所有的顏色的可見光,重要是由于含有石墨微晶這種結(jié)構(gòu)。 在元素周期表中,C排在第6位,原子核外有6個(gè)電子,按照電子排列規(guī)則,C原子最外層有4個(gè)自由電子,必要與其他電子組合成化合建才能達(dá)到穩(wěn)固狀況。而石墨微晶結(jié)構(gòu)中,1個(gè)碳原子與四周3個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵,組成六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu),這種六元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)堆垛起來(lái),形成石墨微晶結(jié)構(gòu)。
C原子4個(gè)自由電子中,除了形成化學(xué)鍵的3個(gè)電子,剩余1個(gè)自由電子,游離在六元網(wǎng)格上,與所有的自由電子形成一個(gè)覆蓋在六元網(wǎng)格上的大π鍵,這層自由電子可以自由移動(dòng),在加載電壓之后,可以定向移動(dòng),使石墨結(jié)構(gòu)具有很好的導(dǎo)電性,這也是石墨、碳纖維等碳材料可以導(dǎo)電的原理。
這層自由電子,就像一個(gè)大海綿,吸取各種顏色波長(zhǎng)可見光能量。不過(guò)單層石墨六元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)還不足以將所有顏色波長(zhǎng)可見光吸取,多層石墨六元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的堆垛,才能使石墨微晶結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為黑色。 而金剛石材料中1個(gè)碳原子與四周4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵,沒有可以自由移動(dòng)的電子,不吸取任何可見光。光線照射進(jìn)來(lái)被折射一圈之后,又被折射出去,所以體現(xiàn)為晶瑩剔透的無(wú)色。同時(shí)沒有自由移動(dòng)的自由電子,就沒有導(dǎo)電的可能,所以,金剛石不能導(dǎo)電。
天主給了黑色的外表,它卻想創(chuàng)造多彩的生活。尤其是汽車改裝領(lǐng)域,人們癡迷于碳纖維紋路的科技感表面,卻又煩惱顏色太單一。有些腦子活絡(luò)的商人,看準(zhǔn)用戶的這一需求,發(fā)明了具有碳纖維紋路的貼膜,來(lái)雄厚表面。也有的廠商琢磨如何給碳纖維添加不同的顏色。 可是碳纖維外觀并沒有活性基團(tuán),很難用染色劑染色。通常廠商將碳纖維與其他顏色纖維,如芳綸、玄武巖、玻纖等混編,來(lái)制造不同顏色的織物。甚至有許多不良廠商,將玻璃纖維染上黑色,冒充碳纖維,來(lái)誑騙不明就里的用戶。 混編得來(lái)的顏色每每不能盡如人意,也有廠商考慮在碳纖維外觀鍍一層金屬涂層,來(lái)達(dá)到改變顏色的目的,或者在與碳纖維復(fù)合的樹脂內(nèi)加入一些著色劑來(lái)改變表面。2007年蘋果公司就采用一種叫做“scrim”的涂層,來(lái)給碳纖維上色。 市場(chǎng)的刺激在徐行進(jìn)行,技術(shù)的發(fā)展總有個(gè)過(guò)程,當(dāng)碳纖維提供應(yīng)人更強(qiáng)、更輕的屬性后,下一步可能就是更炫。 |
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