La fibra de carbono conduce electricidad. No es tan bueno como conductor como la mayoría de los metales, pero si construye una estructura con él, encontrará que su conducción eléctrica puede contribuir fácilmente a la corrosión galvánica, al conectar eléctricamente metales diferentes. O ambiente húmedo que transporta corriente galvánica.
Comencemos estableciendo su lugar entre los conductores; Existen cauchos conductores y polímeros conductores que obtienen su carácter conductor de los aditivos conductores. Estas gomas y plásticos solo conducen cantidades muy pequeñas de corriente. Su aplicación principal es donde necesita purgar las acumulaciones de electricidad estática. Se podría decir que apenas conducen electrones. Las piezas curadas con epoxi de fibra de carbono conducen mucha más electricidad que estos artículos. Incluso cuando conducen mucho menos que la mayoría de los objetos metálicos. Por eso consideramos la fibra de carbono como conductores “relativamente conductores” pero no impresionantes. Así que nadie se apresura a construir sustitutos de cables metálicos de distribución eléctrica. Pierden demasiada energía al calor, y tendrían más de diez veces el diámetro de una contraparte metálica equivalentemente conductora.
Por cierto, la fibra de carbono también puede generar electricidad en un campo magnético, una propiedad de los conductores. Esto se ha estudiado como termofísica incidental en resonancia magnética para equipos de soporte médico (¿información patentada en su mayoría?). Entonces, si usa una férula de fibra de carbono / resina en una resonancia magnética, las corrientes, después de un tiempo suficiente en el campo magnético, pueden aumentar la temperatura de la férula lo suficiente como para quemar la piel. Es decir, si la exploración dura lo suficiente. Esto es calentamiento resistivo … por conducción eléctrica. Podemos encontrar un uso para esta propiedad en algún momento. En este momento, la fibra de carbono no se puede usar en un campo de resonancia magnética.
Detalles a comprender: la fibra de carbono (hilo, cinta, remolques, etc.) tal como se usa en los compuestos no son fibras completamente continuas. La longitud promedio de las fibras puede tener muchos metros de longitud, pero ninguno de los extremos está alineado a propósito. Por lo tanto, una parte larga hecha de hilos continuos … no siempre tendrá una sola ruta conductora de fibra. Y dado que la matriz de resina es casi siempre un buen aislante … existe una resistencia significativa para superar la conducción lateral de fibra a fibra entre fibras. Además, para acoplar estructuralmente las fibras rígidas con la matriz de resina, las fibras de carbono tienen un recubrimiento llamado “dimensionamiento”. El dimensionamiento ayuda a que la resina fundida o líquida se “humedezca” en la superficie de la fibra. De lo contrario, solo estaría encerrado en resina. No necesariamente acoplado mecánicamente. Típicamente, este revestimiento de fibra (dimensionamiento) no es conductor por su naturaleza. Pero podría especificar un tamaño y una resina … que admitieran la conducción de pequeñas cantidades de corriente. Es decir, si necesitabas eso en tu estructura. Pero como aplicación especializada, se espera que esto sea significativamente más costoso. Y si quería más conductividad, también fabrican fibras de carbono especiales que están chapadas con metales como el níquel. Estos ya se están haciendo para aplicaciones como la resistencia a la oxidación.
Entonces sí, las conductas de fibra de carbono. Actualmente se aborda casi como una especie de “propiedad molesta”, ya que la fibra de carbono se emplea principalmente por su rigidez. Se emplea en estructuras que, por cierto, pueden soportar la conducción galvánica perdida. Y así contribuye a corroer las partes metálicas adyacentes. A menos que estén construidos con capas o capas de aislamiento eléctrico, en todos los lugares que se necesiten. O simplemente sin metal … si es posible.
Si quisiera explicar “por qué” las conductas de fibra de carbono, tendría que considerar a mi audiencia. Para una comprensión de bajo nivel, solo señalaría que tiene algo de carbono grafitado, y el grafito conduce pequeñas cantidades de electricidad en nuestra experiencia. Esta es la explicación empírica; “Lo medimos y conduce” algo “de electricidad”.
Se puede encontrar una discusión más profunda considerando las nubes de electrones pi y sigma y su contribución relativa a la “aromaticidad de los electrones” … una propiedad electrónica molecular orgánica que no tiene nada que ver con aromas u olores … y todo que ver con Disponibilidad de electrones para saltar o conducir de un átomo de carbono al siguiente utilizando nubes de electrones superpuestos. No es similar a la sopa de electrones metálicos y la conducción de electrones metálicos, pero aún así … un poco similar. Y, por lo tanto, con respecto a los efectos resistivos en la conducción de electrones de fibra de carbono: se produce la conversión de cierta energía de conducción de fibra de carbono en calor (mucho más que en el metal) en lugar de simplemente gastar energía de conducción de electrones desde el punto A al punto B. Ordenar como “más fricción” excepto No es realmente fricción electrónica. Tiene que ver con cómo se comportan las nubes de electrones, al aumentar su tamaño para superponerse … y luego el calentamiento hace que aumenten de tamaño. Y funciona a la inversa … al forzar la conducción, esto genera calor para que pueda conducir. (Sé que he condensado esto demasiado para un especialista)
Esto probablemente solo describe la propiedad de conducción en masa de las fibras de carbono. Es probable que haya otro modo de nanoconducción. Las nanocorrientes (como en la conducción galvánica) probablemente son transportadas por otro proceso físico que no depende del aumento de la temperatura sino de caminos de carbono unidos covalentemente. Estos caminos están limitados por la estructura covalente 2D del grafito. Las láminas de grafito solo se conducen a granel en las direcciones de la placa plana. Pero se espera que los electrones puedan “hacer un túnel” o saltar entre estas capas 2D. Un proceso cuyas “propiedades resistivas o generadoras de calor” generalmente no es predecible. Y es muy difícil de medir aisladamente de la conducción masiva, de modo que podríamos decir empíricamente que “lo medimos y sabemos qué es”. Sin embargo, no me sorprendería si puede encontrar una revista de física donde se diseñen y realicen tales estudios sobre diferentes tipos de grafito (¿criogénicamente?).
Finalmente, si bien mencioné la conducción grafítica en el plano al pasar, dudo mucho si hay suficientes caminos grafíticos de longitud de fibra para soportar esto en la conducción longitudinal a granel, o incluso en la conducción transversal de ancho de fibra. Sin embargo, hay fibras de carbono muy especiales y altamente grafitadas que seguramente pueden soportar la “conducción transversal”, así como también una conducción de longitud masiva. Normalmente se emplean por su conducción térmica muy superior. Utilizado como disipadores de calor o envolturas conductoras de calor. Pero son más pesados (más densos) y mucho más frágiles que sus contrapartes estructurales de fibra de carbono. Y así, todavía tienen muy pocos usos industriales diversos.
Palabra sabia: cada vez que use carbón grafítico industrialmente (o en el hobby) generará polvo grafítico si lo maquina o lo desgasta. Este polvo conductor, si no se limpia escrupulosamente, tiene una gran capacidad de adherencia estática y puede viajar a lugares a los que no desea que vaya. Se ha encontrado que es anatema para muchos tipos de dispositivos eléctricos, desde motores hasta cabezales de discos duros. Esto solo nos ha enseñado sobre sus habilidades conductoras. Tal polvo invisible es muy difícil de eliminar por completo sin la práctica y los controles de calidad para asegurar la eliminación.
Una vez publiqué una broma visual en mi laboratorio. Utilicé un imán para sostener una nota adhesiva y un disquete delgado de 5,25 en una caja metálica de computadora. El nodo adhesivo tenía un garabato de lápiz que parecía estar goteando con grafito. (Había sellado el grahite con pintura transparente de bajo brillo), la nota decía … George, aquí están los datos que perdiste “. Por supuesto, si tenía datos, el imán lo borró. Y el polvo del lápiz podría arruinar cualquier cabeza de unidad en la que metió ese disco.
Sí, la fibra de carbono de Virginia conduce electricidad.
