Apa itu Serat Karbon?
Serat karbon adalah unit karbon rantai panjang mirip grafit yang memiliki struktur jaringan. Satuan jaringan karbon rantai panjang terjadi karena sifat katenasi atom karbon, yaitu keterkaitan atom-atom unsur serupa.
Thomas Elva Edison dikreditkan dengan menciptakan filamen karbon pertama untuk pengujian filamen listrik bohlam menggunakan kapas alami.
Prekursor adalah elemen mentah yang digunakan dalam produksi serat karbon.
Bagaimana Serat Karbon Dibuat?
Kebanyakan serat karbon terbuat dari proses yang disebut poliakrilonitril, atau PAN. Dalam prosesnya, lembaran serat terkena panas yang sangat tinggi sehingga hampir semuanya kecuali karbon itu sendiri terbakar.
Langkah-langkah Memproduksi Serat Karbon Normal:
1: Polimerisasi: Untuk membuat polimer rantai panjang, prekursornya dipolimerisasi.
2: Pemintalan: Setelah itu, polimer dipintal menjadi serat panjang. Prosedur kimia dan mekanis biasanya digunakan.
3: Pengoksidasi: Serat distabilkan dengan memanaskannya di udara. Ia menyerap oksigen dari udara dan mengalami proses penataan ulang atom yang canggih untuk menstabilkan serat.
4: Karbonisasi: Dengan tidak adanya oksigen, perlakuan suhu tinggi pada serat teroksidasi dan stabil membantu hilangnya atom non-karbon, sehingga menghasilkan serat karbon yang padat.
5: Perawatan permukaan: Serat berkarbonisasi memiliki kemampuan ikatan yang buruk, sehingga sulit untuk digabungkan dengan resin epoksi untuk menghasilkan komposit. Untuk memperoleh kemampuan mengikat ini, permukaan diperlakukan dengan bahan kimia yang sesuai.
6: Ukuran: Untuk perlindungan, serat dilapisi dengan epoksi, nilon, poliester, dan bahan lainnya. Ini disebut sebagai ukuran.
Lembaran mentah serat karbon kemudian digabungkan dengan logam lain (bagian penting dalam memahami konduktivitas serat karbon), dan senyawa yang dihasilkan diolah dan diukur menggunakan proses kimia.
Prosesnya mendalam dan karenanya mahal.
Apakah Serat Karbon Konduktif Sendiri?
Tidak, serat karbon tidak terlalu konduktif jika tidak digabungkan dengan bahan lain, baik dalam hal konduktivitas termal maupun listrik.
Dalam hal konduktivitas termal (kemampuan menghantarkan panas), serat karbon tergolong rata-rata. Serat karbon yang relatif berkualitas tinggi memiliki konduktivitas panas yang sama besarnya dengan silikon, dan bahkan serat karbon terbaik pun memiliki konduktivitas yang lebih rendah dibandingkan aluminium.
Serat karbon biasa sedikit lebih baik dalam hal konduksi listrik, meskipun masih tidak konduktif seperti kebanyakan logam. Ketika digunakan sebagai konduktor listrik, yang terbaik adalah memodifikasi serat karbon dengan menganyamnya bersama logam lain atau dengan membuat alotrop karbon yang lebih konduktif secara listrik seperti berlian atau grafit.
Bagaimana Kita Dapat Membuat Serat Karbon Lebih Konduktif?
Untuk meningkatkan konduktivitas listrik, serat karbon harus diolah dengan bahan lain setelah diisolasi. Senyawa terbaik untuk digabungkan dengan serat karbon guna meningkatkan konduktivitas adalah lateks untuk konduktivitas ionik (melalui cairan) dan asap silika untuk konduktivitas elektronik (melalui padatan).
Terdapat alotrop karbon yang menghantarkan panas jauh lebih baik daripada serat karbon -- berlian, khususnya, menghantarkan panas hingga 100x lebih efektif dibandingkan serat karbon biasa. Membuat alotrop ini tidak mudah, tetapi ada proses yang melibatkan tekanan, panas, dan reaksi kimia lainnya yang memungkinkan transformasi tersebut. Jika serat karbon diolah dengan alotrop karbon ini ketika sudah siap, konduktivitas panas serat karbon dapat meningkat berkali-kali lipat.
Jadi, apakah serat karbon bersifat konduktif? Tidak terlalu banyak pada keadaan dasarnya, tapi hal itu dapat berubah dengan mudah dengan sedikit ilmu pengetahuan.
Apakah Serat Karbon Konduktif Jika Dibandingkan dengan Logam?
Tidak dengan sendirinya, tidak. Namun, jika diolah dengan logam lain.
Serat karbon sendiri bukanlah penghantar listrik yang baik dibandingkan dengan logam. Faktanya, sebagian besar logam menghantarkan listrik sekitar 1000x seperti halnya serat karbon biasa. Bahkan jika diolah dengan bahan lain, serat karbon masih belum sebaik logam dalam hal konduksi listrik. Logam seperti perak, aluminium, dan tembaga sangat baik dalam menghantarkan listrik, masih sekitar 100x lebih cepat dari serat karbon yang diolah dengan penghantar listrik yang baik.
Menghantarkan energi panas adalah cerita yang berbeda. Jika dibuat dengan baik dan dirawat dengan benar, serat karbon sebenarnya lebih menghantarkan panas dibandingkan logam yang sangat konduktif seperti tembaga.
Apa Kegunaan Serat Karbon Konduktif?
Serat karbon yang diolah digunakan pada barang-barang mewah seperti helm dan koper yang ringan dan tahan lama. Namun konduktivitas serat karbon lebih menonjol dalam penggunaan industri seperti pelapis dinding peti kemas dalam proyek teknik dan ruang angkasa.
Ilmu pengetahuan masih berupaya meningkatkan konduktivitas listrik serat karbon. Karena daya tahannya yang luar biasa, tahan panas, ringan, dan ukurannya yang kecil jika dibandingkan dengan kabel logam, produk serat karbon diperkirakan akan lebih banyak digunakan sebagai konduktor di masa depan.
Serat karbon memiliki banyak kualitas luar biasa. Salah satunya adalah kemampuannya yang luar biasa sebagai penghantar panas atau listrik jika diolah dengan komposit logam lainnya.
