碳纤维的“前世今生”

导语

 碳纤维是诺贝尔奖的宠儿，是得过最多的元素。由此可见，碳元素对科技发展意义重大。碳纤维复合材料在应用过程中具有高强度、耐腐蚀、耐高温、重量轻、模量高等一系列优良的特点。含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳元素的历史

碳元素是人类接触最早的元素，闪电击中的木炭是人类与碳元素的最早接触，在人类学会引火后，碳成为人类必不可少的伙伴。到了1722年,法国化学家拉瓦锡进行了燃烧金刚石的实验。他做出结论:在金刚石和木炭中含有相同的“基础”,命名为carbone。在传入中国后，被我国学者取名为“碳”

碳的应用现状

01活性炭

我国每年的污水排放量已经接近千亿吨级别，因此我国环保产业迫切需要能够解决复杂环境问题的环保材料。活性炭(activated carbon)是一种具有特殊微晶结构、发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力的含碳材料。因此广泛应用于污水处理问题。在改良土壤、大气治理、食品工业方面都有重要运用。

02碳纤维

1959年,日本人进藤昭男首先发明了用聚丙烯腈(PAN)纤维制造碳纤维。目前，碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料，与铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空、航天领域的四大结构材料。来近年来，随着碳纤维的发展，价格已经逐年降低，在我国已经广泛普及于汽车、体育运动领域。

03玻璃碳

玻璃碳是一种完全由sp2杂化碳原子组成的非晶碳,具有类石墨或者类富勒烯结构,具有良好的导电性、热稳定性、极端化学惰性、高孔隙率以及不透水、不透气性,因此常被用来制作电极。玻璃碳具有气密性和导电性好、热胀系数小、质地坚硬和易于抛光成镜面、化学惰性、具有较高的氢超电位等特点，因此适用于做电化学和电分析用的工作电极材料。

碳纤维的回收利用

在一些发达国家，例如：美国、英国、日本等，十分重视碳纤维的发展与回收利用，对碳纤维复合材料进行回收,不仅可以减少生产碳纤维复合材料过程中所需要的能源消耗,除此之外,回收处理后的碳纤维复合材料与新碳纤维复合材料相比,回收处理的成本较低,可以使碳纤维复合材料以相对较低的价格推向市场,进而扩大碳纤维复合材料的应用领域。目前碳纤维复合材料回收主要技术有：流化床回收技术、热裂解回收技术、溶剂解离回收技术。同时，这些技术优劣势各不同，还需要进一步发展研究，才可以保证碳纤维复合材料在工业大规模使用过程中的可靠性和稳定性。

结语

20世纪90年代初，高性能及超高性能炭纤维已问世，预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。随着合成工具的不断进展,元素碳的潜能不断被激发,从经典同素异形体到新型材料的发现及应用,碳元素的相关同素异形体及应用领域在不断地被挖掘，期待，碳元素的又一次重大发现。

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