相同体积下,碳纤维强度是钢的四倍、重量是铁的四分之一,兼具耐腐蚀、耐高温、导电度高特性,广泛应用在汽车、航太与医疗,不过它也有一大缺点,也就是在极高温下会氧化,科学家正绞尽脑汁找出低成本、又能规模化的解方。
虽说一般人在日常生活中不会遇到这个问题,但在航太领域中,这是必须要解决的挑战,美国内布拉斯加大学林肯分校(UNL)电机工程教授 Yongfeng Lu 表示,在极端温度下,碳纤维会氧化,容易跟空气中的氧气相互反应并起火燃烧,就好像在高温环境的木头,同时氧化也会快速消耗碳纤维梦幻般的性能。
Lu 认为,碳纤维的弱点就是在高温与含氧环境下,容易起火燃烧,如果能解决的这些挑战,降低碳纤维的易燃性、遇火也不会燃烧,也是一桩好事。
最近 UNL 就与法国波尔多凝聚体化学研究所(Institute of Condensed Matter Chemistry of Bordeaux)携手合作,以较低成本又有效的方式,为碳纤维打造一个多层保护盔甲。
团队首先将盐加热到摄氏 982 度,得出高热融盐后再加入碳化铬(Cr3C2)和碳化钛(TiC),增添一点防氧化功能,最后团队再将碳纤维浸入融盐混合物中,让碳纤维经过一次浸泡、就拥有三层防护层,Lu 指出,我们成功找到让碳纤维在单一状态下获得多层防护的方法。
这三层防护可以有效分隔碳纤维与氧气,进一步实验也符合团队的期待,在摄氏 1,200 度高温与氧炔炬测试下,碳纤维都能维持结构。
(Source:UNL)
研究下一步则是再进行测试实验组与对照组对比,测试看看新型防火涂层到底是如何工作、以及能维持多久的时间。如果团队实验成功,将是第一个不采用昂贵设备、复杂步骤或化学反应复杂的碳纤维防火工艺。
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(首图来源:Flickr/Janak Raja CC BY 2.0)