ما هو اللباد الكربوني المصنوع من مادة PAN وأهميته؟
لباد كربوني قائم على بولي أكريلونيتريل (PAN) مادة خفيفة الوزن، موصلة، ومقاومة للحرارة العالية، تُستخدم على نطاق واسع في تقنيات الطاقة والعزل الحراري المتقدمة. طبقات انتشار غاز خلية الوقود (GDL) ل بطانات حرارية في أفران التفريغ إن اللباد الكربوني المصنوع من مادة PAN يحدث ثورة في الصناعة الحديثة بفضل أدائه وتنوعه.
كيف يتم تصنيع اللباد الكربوني القائم على PAN
عملية التصنيع القياسية
- الأكسدة المسبقة (180–240 درجة مئوية): يحول ألياف PAN إلى لباد PANOF مستقر.
- الكربنة (1000–1300 درجة مئوية): يزيل العناصر غير الكربونية.
- الجرافيت (1600–2400 درجة مئوية): يعزز التوصيل والأداء الحراري.
تقنيات التعديل المتقدمة
- علاج حمض البوريك :يعزز الجرافيت ويقلل المقاومة.
- طلاء كاره للماء (على سبيل المثال PTFE): يشكل أسطحًا مقاومة للماء (زاوية اتصال 115 درجة - 145 درجة).
- تنشيط مساحة السطح العالية :يزيد من المسامية والنشاط الكهروكيميائي.
الخصائص الرئيسية للباد الكربوني المصنوع من مادة PAN
الخصائص الفيزيائية والحرارية
- الموصلية الحرارية المنخفضة (0.05–0.17 واط/م·ك عند 25 درجة مئوية) يوفر عزلًا ممتازًا.
- مسامية عالية (75%–90%) يعزز تدفق الهواء والتخزين الحراري.
- خفيف الوزن (0.09–0.17 جم/سم³)، سهلة التعامل والمعالجة.
الموصلية الكهربائية
- مقاومة السطح: 6–61 مΩ·سم .
- تم التحسين من خلال الجرافيت و التنشيط بالبورون .
المقاومة الكيميائية
- محتوى الكربون ≥99.5% (درجات عالية النقاء).
- مستقر في بيئات الفراغ أو الغاز الخامل .
- مقاومة ل التآكل الحمضي والقلوي .
مواصفات اللباد الكربوني المصنوع من مادة PAN
| فئة المعلمة | المواصفات الفنية |
| الوزن المساحية | 400 جم/م² |
| الكثافة الظاهرية | 0.12–0.14 جم/سم³ |
| سماكة | 3-5 ملم |
| محتوى الكربون | ≥99.5% |
| محتوى الرماد | ≤0.3% |
| الموصلية الحرارية (25 درجة مئوية) | 0.09–0.17 واط/(م·ك) |
| قوة الشد | طولي: 0.10–0.12 ميجا باسكال عرضي: 0.08–0.10 ميجا باسكال |
| المقاومة | 4–6 Ω·مم |
| المسامية | 75-85% |
| الإجهاد الضاغط (10٪ إجهاد) | 8–12 نيوتن/سم² |
| الاستطالة عند الكسر | طولي: 3-5% عرضي: 15-18% |
| أقصى درجة حرارة تشغيل | جو خامل: ≥1800 درجة مئوية الهواء: ≤400 درجة مئوية |
| مساحة السطح المحددة | 1.5–2.0 متر مربع/جم |
| امتصاص الرطوبة | ≤2% |
تطبيقات اللباد الكربوني القائم على PAN
خلايا الوقود
يتم استخدام اللباد الكربوني القائم على PAN على نطاق واسع في طبقات انتشار غاز خلية وقود PEM (GDLs) ، مما يوفر مسامية عالية، وموصلية، ومقاومة للماء لتعزيز نقل الغاز وإدارة المياه.
بطاريات تدفق الفاناديوم والاختزال (VRFB)
يعمل اللباد الكربوني المعالج بالسطح كأقطاب كهربائية فعالة ذات نشاط كهروكيميائي محسن، وهو مثالي لـ أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق .
عزل الفرن الفراغي
تستخدم كـ عازل حراري في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، فإنه يساعد على تقليل فقدان الطاقة وتحسين الكفاءة - وهو ما يستخدم عادة في أفران السيليكون أحادية البلورة .
مركبات الكربون/الكربون
يعمل كتعزيز هيكلي في مكونات الفضاء الجوي مثل مخاريط الأنف وحناجر الفوهة بسبب مقاومتها الممتازة للتآكل.
المحفزات وامتصاص الغازات
لباد الكربون النشط يستخدم في تنقية الغازات وكـ دعم المحفز للتطبيقات البيئية والكيميائية.
الاتجاهات المستقبلية في اللباد الكربوني القائم على PAN
- لباد مشبع بالبورون مع مقاومة منخفضة للغاية لخلايا الوقود من الجيل التالي.
- لباد ألياف الكربون النانوية لتحسين الامتصاص وكثافة الطاقة.
- الطلاءات الوظيفية لتحسين الأداء التحفيزي والكيميائي الكهربائي .
خاتمة
اللباد الكربوني المصنوع من مادة PAN هو مادة لا غنى عنها للصناعات التي تركز على الطاقة النظيفة والعزل الحراري العالي ، و المواد المركبة المتقدمة ومع الابتكارات المستمرة، يتزايد دورها في التطبيقات المستدامة وعالية الأداء بسرعة.
