3DNews Технологии и рынок IT. Новости на острие науки Учёные создали пластик, который почему-т… Самое интересное в обзорах 28.10.2022 [19:48], Владимир Фетисов Группа исследователей из Университета Чикаго создала новый пластиковый материал, который проводит электрический ток подобно металлу и сохраняет стабильность при нагревании, охлаждении, пребывании на воздухе или даже под воздействием кислоты. По мнению авторов проекта, этот материал поможет сделать шаг на пути создания электроники нового поколения. Источник изображения: John Zich / University of Chicago «Это порошок чёрного цвета. Однако, когда мы наносим его на поверхность в виде плёнки или прессуем, как пластилин, он начинает переливаться и становится блестящим. Электропроводимость является одной из характеристик материалов, в которых электроны могут свободно перемещаться. Прежде считалось, что ключевым условием для электропроводимости является упорядоченная структура материала, как, например, у меди, состоящей из ровных рядов атомов. Однако новое вещество, названное учёными металлополимером, состоит из молекулярных нитей на основе серы, углерода и водорода, а также вкраплений никеля через равные промежутки. При этом речь идёт о материале с высокой электропроводимостью, несмотря на то, что он является аморфным. Учёные отметили, что не существует надёжной теории, объясняющей свойства нового материала. Цепочки полимеров в нём образуют неупорядоченные стопки, которые складываются друг на друга, создавая аморфный материал, но также позволяя электронам двигаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. «Хотя у нас ещё нет чёткой картины, мы думаем, что молекулярный вид цепочек обеспечивает сильное перекрытие и свойства металла, даже когда материал имеет неупорядоченную структуру и аморфен», — отметил Джон Андерсон. По его мнению, новый материал может оказаться полезным в разных сферах деятельности человека, поскольку его можно распылять или наносить иным способом на поверхности устройств. Например, создание гибких полимеров с электропроводимостью может открыть двери для разработки носимой электроники нового поколения и многих других электронных устройств. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1076533/uchyonie-sozdali-napilyaemiy-plastik-sposobniy-provodit-elektrichestvo Рубрики: Новости Hardware, на острие науки, Теги: исследование, полимер, материал ← В прошлое В будущее → |
Насколько мы можем судить, он стабилен при температуре до 250 °С»
5 фактов о пластике как изоляторе (почему и как его использовать)
By Кирти Мурти
Некоторые материалы обладают свойством препятствовать передаче энергии, такой материал называется изолятором.
Дайте нам знать, является ли пластик изолятором или нет.
Пластик является изолятором, потому что он не позволяет ни электричеству, ни теплу передаваться через него к любому другому материалу, эффективно удерживая электроны от движения. Также в состав пластика входят углерод, кислород и водород, не имеющий свободного электрона в валентной оболочке.
Давайте обсудим еще некоторые факты о том, почему пластик является изолятором, его использование и обстоятельства, при которых пластик действует как электрический проводник.
Почему пластик является хорошим электроизолятором?Пластик — это искусственный полимер, состоящий из атомов с длинной цепью, сложенных вместе, чтобы сформировать гибкое твердое тело. Давайте найдем причину электроизоляционной природы пластика.
Пластик является хорошим электрическим изолятором, потому что у него нет свободного электрона на внешней валентной оболочке. Все электроны тесно связаны со своим ядром, так что нет случайного движения электрона, чтобы нести заряды для проведения электричества.
В пластике запрещенная энергетическая щель между валентностью и зоной проводимости очень велика, поэтому электроны не могут легко прыгать в сторону зоны проводимости, поэтому проведение электрического тока в пластике совершенно невозможно.
Пластик – хороший теплоизолятор?Теплоизолятор – это материал, через который не может передаваться тепло. Проверим, пропускает ли пластик тепло или нет.
Пластик действительно является хорошим теплоизолятором, потому что он не состоит из свободных электронов, которые могут беспорядочно перемещаться в решетке, ограничивая поток тепла, поскольку все электроны захвачены внутри из-за наличия пузырьков воздуха, присутствующих в молекуле полимера.
Использование пластика в качестве изолятораПластик — это не биоразлагаемый материал, который имеет широкий спектр применения в качестве изолятора. Приведем список применений пластика в качестве изолятора.
- Пластик используется в качестве изоляции для электрических проводов.
- В кухонной утвари используются пластиковые ручки, так как они обеспечивают хорошую теплоизоляцию.
- Электрические выключатели и вилки изготовлены из пластика.
- Термореактивные пластмассы изготавливаются из нескольких слоев пластика, чтобы предотвратить передачу тепла, чтобы пища могла оставаться теплой.
Некоторые виды пластика, такие как майлар, мелинекс и полиэфирные пленки, широко используются в качестве изолятора, поскольку они экологичны и долговечны. Кондиционеры также изготавливаются из пластикового полимера, поскольку они могут выдерживать определенные высокие температуры без плавления.
Является ли стекло лучшим изолятором, чем пластик?Способность удерживать энергию без какой-либо утечки энергии определяет материал как товар. изолятор. Давайте проверим, какой изолятор лучше, стекло или пластик.
Стекло определенно не лучший изолятор, чем пластик, поскольку расположение атомов в стекле более правильное, чем в пластике, так что пластик может удерживать больше электронов и может ограничивать их движение больше, чем стекло.
Стекло может поглощать больше тепла и теряет свои изоляционные свойства в 100 раз быстрее, чем пластик.
Когда пластик проводит электричество?При определенных обстоятельствах изолятор также может проводит электричество. Давайте изучим ситуацию с пластиком, проводящим электричество.
- Смешивание пластика с материалом с высокой проводимостью может привести к тому, что пластик будет проводить электричество.
- Когда к пластику прикладывается достаточно высокое напряжение, он приобретает огромное количество энергии для освобождения электронов, тогда в пластике возможна проводимость электричества.
Давайте завершим этот пост, заявив, что пластик является одним из лучших изоляторов, проводимость которого намного ниже, чем у стекла и дерева. Способность пластика удерживать тепло больше из-за пузырьков воздуха.
Какие материалы проводят электричество? – Scientific American
Ground Science Home
Проект Electerition Science
Share на Facebook
Поделитесь в Twitter
Share на Reddit
Share On Linkedin
По -небр.
Версия для печати
Ключевые понятия
Электричество
Проводник
Изолятор
Введение
Электричество питает многие устройства, которыми вы пользуетесь каждый день. Эти устройства состоят из цепей, от очень простых (например, лампа с одной лампочкой) до очень сложных (например, в компьютере). Попробуйте этот проект, чтобы построить собственную простую схему и использовать ее для проверки того, какие обычные бытовые материалы проводят электричество.
Фон
Вы, наверное, часто слышите слово «электричество», но что оно на самом деле означает? В повседневном использовании электричество обычно относится к электрически заряженным частицам (называемым электронами), движущимся по металлическим проводам. Поток электричества называется током. Металлы, как правило, очень хорошие проводники, то есть они легко пропускают ток.
Материалы, которые не пропускают ток, называются изоляторами. Большинство неметаллических материалов, таких как пластик, дерево и резина, являются изоляторами. Вы заметите это, если когда-либо подключали что-то к сетевой розетке. Штыри на вилке и провод внутри шнура металлические, но они окружены пластиковой или резиновой изоляцией, чтобы вас не ударило током при прикосновении к шнуру!
Электричество требует полной “петли” для протекания тока. Это называется замкнутой цепью. Вот почему настенные розетки имеют два штыря, а аккумуляторы имеют два конца (положительный и отрицательный) вместо одного. Вы подключаете их обоих к цепи, и это создает полный цикл. Если петля вообще разорвется, она станет разомкнутой, и ток не будет течь.
В этом проекте вы создадите собственную простую схему, разобрав фонарик (конечно, с разрешения). Вы будете использовать свою схему в качестве тестера, чтобы определить, являются ли бытовые материалы проводниками или изоляторами. Когда вы соедините цепь с проводником, вы создадите замкнутую цепь, и лампочка фонарика включится.
Материалы
- Фонарик (можно разобрать)
- Батарейки для фонарика
- Три куска провода, которые можно разрезать и зачистить (дополнительную информацию см. в разделе Процедура).
- Линейка с метрическими размерами
- Изолента (и/или резиновые ленты)
- Ножницы или нож (и помощь взрослого)
- Ассортимент металлических и неметаллических бытовых материалов, которые можно протестировать в вашей схеме
Подготовка
- Для выполнения этого проекта вам нужно будет отсоединить три куска провода от старого электронного устройства. У вас может быть ящик для хлама, полный старых зарядных устройств для мобильных телефонов — они отлично подойдут. Вы также можете купить проволоку в скобяных лавках или в некоторых магазинах для рукоделия.
- Отрежьте три куска проволоки длиной не менее 10 сантиметров каждый.
- Попросите взрослого срезать ножницами или острым ножом около одного сантиметра изоляции с концов каждого провода, обнажая металл внутри. (Для этого также существует специальный инструмент, называемый инструмент для зачистки проводов. Вы или взрослый можете использовать их, если они доступны.)
- Разберите фонарик. Извлеките батареи. Если возможно, открутите «голову» (часть, которая держит лампочку) и снимите выключатель. Большинство фонариков можно легко разобрать вручную, но для этого вам может понадобиться другой инструмент (например, отвертка) и/или помощь взрослого.
- Осторожно: Электричество от розеток очень опасно и может быть смертельным. Никогда не перерезайте провод и не открывайте электронное устройство, когда оно подключено к сетевой розетке.
Процедура
- Осмотрите фонарик изнутри и попытайтесь проследить цепь. Помните, что электричеству требуется замкнутая цепь для протекания. Цепь в фонаре обычно идет от одного конца батарейного отсека через выключатель, затем через лампочку и обратно к другому концу батарейного отсека. Сможете найти схему?
- Ваша первая цель — с помощью двух проводов соединить батарейный отсек напрямую с лампочкой. Это может потребовать некоторых усилий с вашей стороны — не все фонарики одинаковы. Сложно ли создать свой новый замкнутый контур?
- Батарейный отсек должен иметь положительный (+) и отрицательный (–) концы. Используйте изоленту, чтобы прикрепить один конец провода к металлическим частям на каждом конце батарейного отсека. Убедитесь, что провода плотно прижаты, чтобы обеспечить хороший контакт. (
- Теперь отыщите два металлических контакта на корпусе лампочки и соедините с ними другие концы проводов изолентой. Совет: Иногда вся внутренняя часть корпуса фонаря металлическая, и это служит одним из контактов. Удалось ли вам создать цепь и заставить лампочку загореться?
- Если вы сделали контакты правильно, то лампочка должна загореться. Если лампочка не горит, не волнуйтесь! Есть несколько вещей, которые вы можете проверить:
- Возможно, у вас есть светодиодный фонарик. LED означает светоизлучающий диод. Светодиод — это особый тип лампочки, который действует как односторонний клапан для электричества. Он загорается только тогда, когда его положительные (+) и отрицательные (–) стороны соединены правильно. Попробуйте поменять местами два провода, подключенных к аккумулятору, и посмотрите, загорится ли он.
- Другая причина, по которой вы можете не получать света, заключается в том, что ваши провода могут плохо контактировать с металлом в цепи фонарика. Попробуйте зажать контактные точки пальцами или используйте что-то вроде мини-прищепок или зажимов для переплета, чтобы сжать соединения.
- Теперь у вас должна быть работающая схема. По сути, вы удалили аккумулятор и лампочку из корпуса фонарика и воссоздали цепь, используя два провода. Вы можете использовать эту схему для проверки проводимости бытовых материалов, добавив третий провод.
- Отсоедините провод от одного конца аккумуляторной батареи. Это создает разомкнутую цепь, и ваша лампочка должна погаснуть.
- Прикрепите один конец третьего провода к этому концу аккумуляторной батареи. Ваша схема теперь должна состоять из трех проводов, два из которых имеют свободные концы.
- Соедините два свободных конца проводов. Это должно снова создать замкнутую цепь, и ваша лампочка должна включиться.
- Проверьте, являются ли материалы проводящими, прикоснувшись к ним обоими свободными концами провода одновременно.
- Что произойдет, если вы коснетесь металлических предметов, таких как скрепки или алюминиевая фольга? Если лампочка загорается, значит ли это, что материал является проводником или изолятором?
- Что произойдет, если вы коснетесь неметаллических предметов, таких как дерево, пластик или резина? Лампочка горит или не горит?
- Дополнительно: Есть ли у вас дома неметаллические проводящие материалы?
Цепь в фонаре обычно идет от одного конца батарейного отсека через выключатель, затем через лампочку и обратно к другому концу батарейного отсека. Сможете найти схему? 
Совет: Иногда вся внутренняя часть корпуса фонаря металлическая, и это служит одним из контактов. Удалось ли вам создать цепь и заставить лампочку загореться? 
Наблюдения и результаты
Может потребоваться немного усилий, чтобы перепроектировать фонарик после того, как вы его разобрали.
Однако вы должны иметь возможность заставить фонарик работать без выключателя питания, подключив аккумуляторный отсек напрямую к лампочке с помощью двух проводов. Добавление третьего провода позволяет создать «тестер». Когда вы касаетесь металлического предмета свободными концами провода, лампочка должна загореться, как обычно. Это работает, потому что металлические предметы являются проводниками, поэтому они создают замкнутую цепь. Когда вы прикасаетесь к изоляционным материалам, таким как пластик, резина и дерево, цепь остается разомкнутой, поэтому лампочка остается выключенной, потому что ток не течет.
Неметаллические проводящие материалы бывает трудно найти. Для некоторых фонариков может подойти графитовый сердечник. Но графит имеет очень высокое сопротивление по сравнению с металлами, поэтому лампочка может казаться очень тусклой или вообще не гореть.
Очистка
Соберите свой фонарик, если вам нужно использовать его снова, или сохраните самодельный тестер электропроводности!
Еще для изучения
Какие материалы являются лучшими проводниками, от Science Buddies
Движущиеся электроны и заряды, от Physics4Kids
Генерация электричества с помощью лимонной батарейки, от Scientific American
Научные занятия для всех возрастов, от Science Buddies
Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Science Buddies
ОБ АВТОРЕ(АХ)
54
44 Бен Финио — старший научный сотрудник организации Science Buddies и преподаватель Школы машиностроения и аэрокосмической инженерии Сибли Корнелльского университета.
Подпишитесь на него в Твиттере @BenFinio.Читать дальше
Информационный бюллетень
Будьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.
Регистрация
Поддержка научной журналистики
Откройте для себя науку, которая изменит мир. Изучите наш цифровой архив с 1845 года, включая статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.
Подпишитесь прямо сейчас!Проводит ли пластик электричество? (Нет. Прочтите Почему?)
Вы когда-нибудь включали что-то с пластиковым покрытием в настенную розетку и задавались вопросом, почему вы никогда не чувствовали электрического тока? Возможно, вы также задавались вопросом, почему так много ваших электрических устройств покрыты пластиком. Есть ли связь между электричеством и пластиком? Или пластик проводит электричество?
Это очень важный вопрос, потому что многие вещи, которыми вы пользуетесь дома, питаются от электричества. В этой статье объясняется, является ли пластик электрическим проводником или изолятором.
Вы также узнаете разницу между изолятором и проводником. Мы расскажем вам, проводит ли пластик электричество или защищает людей от поражения электрическим током. Наконец, мы приводим хорошие примеры хороших и плохих электрических проводников.
Является ли пластик проводником электричества?
Пластик не является проводником электричества. Свободные электроны должны перемещаться в материале, чтобы через него протекал электрический ток. Электроны и ионы отсутствуют в пластмассах. Большинство пластиков содержат органические полимеры. Органические полимеры образованы атомами углерода или атомами углерода в дополнение к азоту, сере и кислороду.
Поскольку пластик является органическим, электропроводность невозможна, поскольку в нем отсутствует ионный элемент. Соединение многих мономеров лежит в основе создания полимеров. Из-за того, как соединяются мономеры, не остается места для прохождения электрического тока.
Проводник и изолятор: в чем разница?
Способность материала пропускать электрический ток является основным отличием проводника от изолятора.
Материал, через который протекает электрический ток, называется проводником. Вещество, которое плохо проводит электрический ток, называется изолятором.
Вы можете увидеть основные различия между проводниками и изоляторами в таблице ниже:
| Проводники | Изоляторы | |
| 1 | Электрический заряд может двигаться более свободно. | Электрический заряд движется с трудом. |
| 2 | Электрическое поле существует на поверхности и внутри материала. | Электрические поля не существуют на поверхности и внутри материала. |
| 3 | Проводники накапливают энергию. | Изоляторы не хранят энергию. |
| 4 | Их удельное сопротивление может варьироваться от низкого до высокого. | Имеют высокое удельное сопротивление. |
| 5 | Проводники обладают высокой проводимостью и низким сопротивлением. | Минимальная проводимость и очень высокое сопротивление. |
| 6 | Их ковалентные связи слабые. | Их ковалентные связи прочны. |
| 7 | Валентная зона почти пуста, а зона проводимости заполнена электронами. | Зона проводимости почти пуста, а валентная зона заполнена электронами. |
Является ли пластик проводником или изолятором?
Пластмассы являются изоляторами. Они препятствуют свободному прохождению электронов, что, в свою очередь, препятствует протеканию электрического тока. Пластмассы имеют атомы, которые тесно связаны друг с другом. Тогда становится трудно, если не невозможно, электронам течь от одного атома к другому. Изолятор — это все, что препятствует прохождению электрического тока.
Поскольку пластик имеет низкую проводимость, через него может протекать минимальный ток. Атомы в пластике имеют мощную ковалентную связь. Обмен одной или несколькими парами электронов между двумя атомами образует ковалентную связь.
Пары называются общими или связывающими парами. Ковалентная связь – это совместное использование электронов.
Почему пластик не проводит электричество?
Пластики не проводят электричество по нескольким причинам. Давайте рассмотрим некоторые из этих факторов:
- Высокий уровень удельного сопротивления
Сопротивление материала протекающему через него электрическому току измеряется его удельным сопротивлением. Омметры (Ом·м) используются для измерения электрического сопротивления. Удельное электрическое сопротивление изоляторов велико и находится в пределах .
Вот уровни удельного сопротивления нескольких пластиков:
- Антипирен ASA/PC – 14 10 15 Ом.см
- Смесь ABS/PC 20% стекловолокна – 16 10 15 Ом.см
- CA Ацетат целлюлозы- 12 10 15 Ом.см
- ABS высокотемпературный- 16 10 15 Ом.см 1 0 90 ‘ электроны полностью заняты. В результате в пластмассах отсутствуют свободные электроны, которые могут двигаться и проводить электрический ток.
- Низкая теплопроводность
Теплопроводность обычно низкая для всех изоляторов. Это означает, что изоляторы затрудняют передачу тепла через них. Электрический ток не может легко проходить через пластик, потому что электроны там статичны и не перемещаются. Пластмассы концентрируют поток и защищают от потери тока.
- Напряжение пробоя:
Из-за напряжения пробоя или диэлектрической прочности пластмассы не проводят электричество. При воздействии чрезмерно высокого напряжения все изоляторы будут проводить электричество. Такие материалы, как пластик, теряют свои изоляционные свойства при высоких напряжениях. Напряжение пробоя – это напряжение, при котором происходит это преобразование. Для изоляторов существуют различные уровни напряжения пробоя.
Именно по этой причине пластмассы не будут использоваться в промышленности.
Вместо этого они будут в основном использоваться в качестве изоляторов в домах с низким напряжением.Проводит ли пластик тепло?
Из-за отсутствия свободных электронов, необходимых для теплопроводности, пластмассы являются плохими проводниками тепла/электропровода. Тепло передается за счет теплопроводности, когда одна часть материального тела соприкасается с другой. У пластиков нет свободных электронов, в отличие от их металлических собратьев. Молекулы пластика плотно сжимаются, увеличивая свою плотность.
При высокой плотности атомы не могут двигаться и вызывать вибрации, выделяя тепло. Плотность измеряет массу на единицу объема.
Температура и влажность также влияют на теплопроводность пластмасс.Может ли пластик предотвратить поражение электрическим током?
Да, пластик, будучи плохим изолятором, может предотвратить поражение электрическим током. Электричество имеет опасный энергетический уровень, который может шокировать и убить. Большинство электрических кабелей покрыты пластиком или резиной для предотвращения поражения электрическим током. Когда электрические провода покрыты пластиком, вы можете быть уверены, что электроны, движущиеся по ним, не пройдут через ваше тело, когда вы с ними соприкоснетесь.
Пластмассы в первую очередь подходят для изоляции электрических проводов из-за их гибкости и легкости изгибания кривых. Они также медленно горят и эффективно выделяют тепло.
Когда кто-то вступает в контакт с разницей напряжения, он может получить удар током. Рассмотрим ситуацию, когда человек стоит на земле с нулевым напряжением. Если они соприкоснутся с проводником в неисправной электрической цепи, через них потечет электрический ток.
Но очень важно помнить, что вас поражает электрический ток, а не напряжение. Ваше тело может испытать удар током всего в 1 мА (1/1000 ампера) электрического тока. Больше этого с такой скоростью заставит ваши мышцы неконтролируемо сокращаться. Вы не сможете отсоединить электрический проводник в этой ситуации. Выше 100 мА наступает смерть.
Пластиковое покрытие на проводе предотвращает передачу электрического тока при прикосновении к нему. Стоя в пластиковом ведре, вы защититесь от любого потенциального удара, предотвратив соединение с землей. Однако не держитесь за того, кого бьет током, если вы его видите. Они, вероятно, передают электрический ток вам.
Примеры хороших и плохих проводников электричества
Наша жизнь во многом зависит от электричества, которое может быть смертельно опасным, если с ним не обращаться должным образом. Важно знать, какие материалы являются хорошими проводниками электричества, а какие нет.
Хорошие проводники электричества
Материалы, которые позволяют электричеству легко течь, считаются хорошими проводниками электричества.
Эти материалы обеспечивают низкое сопротивление потоку. Ниже выделены четыре хороших проводника электричества.- Ионные проводники: Ионные проводники, как и соленая вода, являются проводниками в форме раствора.
- Металлы: Большинство металлов являются хорошими проводниками, потому что они имеют большое количество свободных электронов и свободную подвижность. Металлы включают медь, серебро, алюминий и золото, и это лишь некоторые из них. Проводимость металла увеличивается с увеличением количества присутствующих свободных электронов.
- Полупроводники: Полупроводники по-прежнему используются, хотя они не очень хорошо проводят электричество. К полупроводникам относятся такие материалы, как германий (Ge) и кремний (Si).
- Неметаллы: Некоторые неметаллы хорошо служат электрическими проводниками. У нас есть углерод в виде графита. Только три из четырех атомов углерода в структуре графита используются для связи, оставляя один свободный атом.
Плохие проводники электричества
Материалы, которые действуют как изоляторы, препятствуют прохождению электричества. Сильные изоляторы обычно используются для покрытия или обеспечения барьера между проводниками, чтобы контролировать электрические токи. Выделены материалы, которые являются плохими проводниками электричества.
- Чистая вода: В чистой воде нет заряженных ионов или электронов. Указанные ионы или электроны должны свободно перемещаться. Хотя молекулы чистой воды могут свободно течь, они не заряжены.
- Пластмасса: Мы уже видели, что пластмассы не имеют заряженных ионов или электронов, а являются органическими полимерами. Полимеры состоят из длинной цепи мономеров, которые являются жесткими.
- Стекло: Из-за сильной химической связи стекло в обычном состоянии не проводит электричество. Из-за этого из них делают рентгеновские трубки и лампочки.
- Каучук: Длинная цепочечная полимерная структура каучука ограничивает свободное движение электронов.
В результате в пластмассах отсутствуют свободные электроны, которые могут двигаться и проводить электрический ток.
Вместо этого они будут в основном использоваться в качестве изоляторов в домах с низким напряжением.
Температура и влажность также влияют на теплопроводность пластмасс.
Эти материалы обеспечивают низкое сопротивление потоку. Ниже выделены четыре хороших проводника электричества.
