运用在汽车上的新材料,你的车上出现了吗?

时间:2016-02-02 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介:以下新材料皆是当今的科研成果,非科幻 (1)热电材料 随着全球工业化步伐的加快,世界性的能源短缺已经成为制约经济社会发展的重要因素。通过热电转换装置利用余热、废热直接进行温差发电不但

以下新材料皆是当今的科研成果,非科幻

(1)热电材料

随着全球工业化步伐的加快,世界性的能源短缺已经成为制约经济社会发展的重要因素。通过热电转换装置利用余热、废热直接进行温差发电不但可以有效地缓解能源短缺问题,也有利于减少环境污染。此外温差发电不需要使用传动部件,还具有工作时静音、无排弃物,对环境没有污染,并且这种材料性能可靠,使用寿命长等优点。

以车载热电发电机为例,在内燃机中汽油产生的总能量的大约1/4被用于真正地驱动车轮,40%随排放热量耗损,30%损失在发动机冷却过程。这意味着70%的可提供能量被浪费了。2008年美国俄亥俄州立大学开发了一种新型高效掺铊碲化铅合金材料,虽然类似的发明并不算新颖,但是此次的这种新型材料的有效范围却在450~950华氏度之间,而大多数的汽车引擎温度恰好在这一区间之内。此外,这种新型材料的转化效率是目前商业应用热电材料的2倍。 在此研究成果的基础上,2010年美国能源部可再生能源实验室在宝马发动机上测试了汽车热电发电机(见下图),试验结果表明该热电发电机能回收尾气管排出的4%-5%废热能,能完全取代车载交流发电机(提供500瓦至750瓦电力),提升整车燃料效率10%左右,而这10%仅仅在美国的通用车辆每年节约超过1亿加仑的燃料。

 

由于热电效应是可逆的,因此可以在热电材料上加载电压来实现制冷。与现行的压缩式制冷或吸收式制冷方式相比,半导体制冷是靠电子(空穴)在运动中直接传递热量来实现的,因而有如下优点:①不需要制冷剂,无污染、清洁卫生;②无机械传动部件,结构简单、无噪声、无磨损、可靠性高;③通过改为工作电流的大小来调节制冷速度和制冷温度,控制灵活;④热电堆可以任意排布、大小形状皆可根据需要改变等。典型应用包括:半导体冷阱、恒温槽、红外探测器、图像传感器、计算机芯片冷却、便携式冷暖箱、医学及生物仪器、饮水机、除湿机、电子空调器、集成电路高低温实验仪及局部控温系统。特别需要指出的是热电材料在国防上的应用,如卫星上的预警用红外探测器需要在低温条件下才具有高的灵敏度和探测率,其制冷器要求质量轻和无震动,热电制冷器是最好的装备器件。

 

(2)碳纤维复合材料

碳纤维(见下图)是一种主要由碳元素组成的特种纤维状碳材料,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上,具有极高的高比强度和比模量(是指材料的模量与密度之比,是材料承载能力的一个重要指标,比模量越大,零件的刚性就愈大)。

 

碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成r的结构材料简称碳纤维复合材料。简单而形象的理解就是假设碳纤维是金属网,把金属网嵌入到塑料中,那么这种材料就比单纯的塑料具有更好地机械性能。

飞机制造商将复合材料应用于民用和军用航空已有几十年历史。空客公司方面,1988年空客投产A320,是第一架全复合材料尾翼的机型。空客最新一代产品A380在研制中使用了创新的玻璃纤维增强铝材料,与传统铝材料相比,重量轻、强度高、抗疲劳特性好,维修性能和使用寿命也得到大大改善,不需要特别的加工工艺。飞机约25%由高级减重材料制造,其中22%为碳纤维混合型增强塑料,3%为首次用于民用飞机的玻璃纤维增强金属板。A380首次采用了复合材料碳纤维制成的连接机翼与机身的中央翼盒。波音公司方面,1995年波音777型客机也采用了复合材料尾翼。波音787是首次全机身机翼使用碳纤维复合材料代替金属材料制造的客机。早在2003年3月,波音就向联邦航空局提交了认证申请,并于2010年4月进行了认证飞行试验(受制于工艺开发和生产挑战,波音公司四次提出认证飞行推迟的请求,认证飞行原本应在2008年进行)。2011年8月,波音公司完成了所有要求的飞行试验,并得到了联邦航空局的机型验证。

 

目前世界高性能碳纤维原丝和碳纤维制备技术主要掌握在日本的东丽、东邦和三菱等企业手中。其他国家正在努力降低碳纤维成本,并将其应用于汽车行业是各国最求的目标,例如:

2009年11月,宝马与德国西格里集团也签署了类似的协议,成立合资企业,致力于生产轻量电车和混合动力车用碳纤维复合材料。

2011年2月,奥迪与福伊特签署协议,致力于实现纤维增强塑料复合材料的工业化量产。

2011年10月,德戴姆勒和日本东丽合资建厂生产碳纤维强化塑料。

2011年12月,通用汽车宣布与日本帝人公司签署类似的协议,联合开发碳纤维汽车零部件,据称开发的这种材料比常规优质钢要结实十倍,但是重量仅仅是其1/4。

2012年4月福特陶氏合作开发汽车用低成本碳纤维复合材料。 1/6 123456下一页尾页

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