作者:北卡罗莱纳州立大学劳拉·奥列尼亚茨
研究人员致力于更有效地制造碳纤维
信用:Debjyoti Banerjee 在一项新的研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种提高碳纤维制造过程中部分能源效率的方法——碳纤维是一种坚固的材料，有时被用来代替钢来制造更轻、更省油的汽车、飞机和其他产品
在《应用聚合物科学杂志》上，研究人员报告了一项实验的结果，他们将在某些水果中发现的两种生物衍生化学物质添加到碳纤维的前体材料中
他们发现，加入这两种化学物质后，开始制造碳纤维的化学转化过程所需的能量减少了
这些化学物质是糖酸，称为葡聚糖酸和粘蛋白酸
北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学助理教授埃里卡·福特说:“对碳纤维的需求越来越大，说到低成本纤维，其中一个主要应用是用作车辆的结构材料。”
“在这项研究中，我们发现，通过将这两种化学物质添加到前体材料中，我们可以潜在地减少完成碳纤维制造过程的一个阶段所需的能量，并有助于降低部分成本
" 在实验室中使用这两种化学物质之前，研究人员求助于计算机建模，以预测当他们将这两种化学物质添加到前体材料中时会发生什么
他们对这些化学物质的兴趣最初是在其中一种物质——胰高血糖素酸被美国食品和药物管理局(U
S
能源部作为具有工业意义的化学品
该研究的合著者、北卡罗来纳州立大学研究生汉娜·戴德蒙(Hannah Dedmon)说:“我们有兴趣了解这些化学物质将如何与前体物质相互作用，因此在开始实验室工作之前，我们就能够使用计算机模型和模拟来观察它们的相互作用参数。”
“我们能够放慢速度，专注于原子级的细节，而在实验室中我们对此视而不见
" 然后，他们实验性地测试了前体材料的制造，这种塑料被称为聚丙烯腈(PAN)，有时被称为“丙烯酸”
" 研究人员说，用聚丙烯腈制造碳纤维的过程是一个“纺纱”过程，首先制造非常细的细丝——就像制造棉花糖，或者像蜘蛛织网
首先，他们制造一种类似凝胶的物质，其稠度类似于蜂蜜
然后他们把“蜂蜜”通过一根细小的针，变成一根细丝，就像一根细小的头发
然后，他们将头发加热到非常高的温度
这一加热过程有助于将聚丙烯腈长丝转化为构成碳纤维基础的结构
添加剂将启动从聚丙烯腈制造碳结构的化学过程所需的能量降低了五倍
研究人员表示，这也可以通过加快反应速度来降低制造过程中该步骤的总成本
该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学的博士生Debjyoti Banerjee说:“这些带有官能团的小分子能够比不在纤维中时更有效地启动反应。”
研究人员计划研究其他添加剂，并可能使用计算机模型来预测哪些添加剂可能物超所值
福特说:“我们有兴趣研究其他可以添加到聚丙烯腈纤维中的天然产品，并影响它们转化为碳纤维的用途。”
这项名为“使用等转化率方法的凝胶纺丝聚丙烯腈醛酸糖的环化动力学”的研究是由Banerjee，Dedmon，Ford，Farzin Rahmani和Melissa A撰写的
帕斯奎内利
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