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碳纖維為什么是黑色的?慣常的說法是,碳纖維是碳材料,碳元素本來就是黑色的,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的。元素是一個(gè)抽象出來的,用來分類的概念,它是一類原子的總稱,并沒有所謂的宏觀性質(zhì)。就像我們說動(dòng)物,我們無法說動(dòng)物的身高、體重這種屬性,只有具體到某種動(dòng)物或者某一個(gè)體才能使用。所以,我們只有具體到哪種碳材料,才能說是什么顏色的。
這層自由電子,就像一個(gè)大海綿,吸收各種顏色波長可見光能量。不過單層石墨六元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)還不足以將所有顏色波長可見光吸收,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)表現(xiàn)為黑色。
而金剛石材料中1個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵,沒有可以自由移動(dòng)的電子,不吸收任何可見光。光線照射進(jìn)來被折射一圈之后,又被折射出去,所以表現(xiàn)為晶瑩剔透的無色。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。
碳纖維在使用的時(shí)候并非單一:我們說“碳纖維”,但我們真正的意思是“碳纖維復(fù)合材料”這不是您框架中單一的材料。這是因?yàn)樘祭w維具有令人難以置信的剛性屬性,缺陷是:它本身就相當(dāng)脆弱,容易分裂和破損。為了保持其能力,在模制之前將其懸浮在稱為環(huán)氧樹脂的膠狀材料中,形成復(fù)合材料。
樹脂完成兩項(xiàng)任務(wù)。首先,它將碳保持在一起,兩層簾布層內(nèi)的單根纖維,并且一旦固化,兩層彼此之間的取向即可。第二,樹脂增加了關(guān)鍵的韌性和耐久性。它是輕微的塑料,在沖擊下變形,以幫助吸收像撞車或尖銳的打擊,而不會(huì)造成纖維之間的關(guān)鍵分裂。