碳(C)纖維材料(Material)的電性質與碳纖維中電子的能帶結構密切相關(related),能帶理論認為,碳纖維中的電子不再限制于個別的原子,而是在整個碳纖維內運動,稱為共有化電子。在討論共有化電子的運動狀態(tài)時假定原子實處在其平衡位置(position ),而把偏離平衡位置(position )的影響(influence)看成微擾,對于理想晶體,原子規(guī)則排列成晶格,晶格具有周期性。
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因而等效勢場V(r)也應具有周期性。碳纖維生產傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。晶體中的電子就是在一個具有晶格周期性的等效勢場中運動。
電子只能存在于不同的能帶區(qū)域,從內到外分別稱為第
一、第
二、第三……布里淵區(qū)。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。在討論碳(C)纖維的電學性質時,可以籠統(tǒng)地將能帶分為價帶和導帶,價帶和導帶之間稱為禁帶,當禁帶寬度不大于0eV時,碳纖維為導體;當禁帶寬度大于0時,固體一般具有半導體(semiconductor)性質;當價帶沒有完全充滿時,碳纖維具有空穴(Electron hole)導電性質。價帶和導帶可以對應于價鍵理論中的成鍵和反鍵軌道。
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金剛石的禁帶寬度達5.47eV,具有極強的絕緣(insulated)能力,經(jīng)過攙雜,可以在金剛石中產生一定量的載流子,從而實現(xiàn)金剛石的半導體(semiconductor)應用,這是目前CVD金剛石研究(research)領域的熱門課題之一;在場致發(fā)射方面,金剛石也具有廣泛(extensive)的應用前景。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。
石墨(化學式C )晶胞的倒格子空間,第一布里淵區(qū)邊界及成鍵、反鍵軌道空間結構圖,在二維六邊形布里淵環(huán)的頂點上,成鍵和反鍵。軌道幾乎重疊在共同,即使無缺陷結晶石墨也只有約40meV的能隙,缺陷與雜質一般總是提高碳(C)纖維中載流子的密度(單位:g/cm3或kg/m3),同時會提高對電子的散射能力,因此碳纖維材料(Material)一般為導體并具有比較高的電阻(resistance)加熱效應。
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