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新型耐高溫低成本合金或應(yīng)用與天然氣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

汽車玩家 ? 來(lái)源:蓋世汽車 ? 作者: Elisha ? 2020-04-03 17:33 ? 次閱讀

蓋世汽車訊 與汽油相比,天然氣燃燒起來(lái)更清潔、效率更高,所產(chǎn)生的二氧化碳少25%左右,而且提煉和加工成本也比較低,因此,天然氣動(dòng)力汽車日益受到關(guān)注。然而,由于天然氣燃燒溫度高,對(duì)金屬發(fā)動(dòng)機(jī)部件的要求也要高得多。

據(jù)外媒報(bào)道,弗吉尼亞大學(xué)(University of Virginia)研究人員通過(guò)將鎳粉和石墨烯薄片結(jié)合在一起,開發(fā)出一種新型耐高溫低成本合金,并申請(qǐng)專利。這種新型金屬基復(fù)合材料,可在1000攝氏度下保持完整性,或?qū)⒊蔀樘烊粴獍l(fā)動(dòng)機(jī)材料的良好選擇。

此類輕質(zhì)材料被稱為“石墨烯超耐熱合金”(graphene superalloy)。因?yàn)槭褂昧溯p質(zhì)石墨烯材料,比其他鎳高溫合金更輕,但是,比其他金屬混合物更堅(jiān)固耐用。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的機(jī)械與航空航天工程學(xué)院教授Chris Li表示:“這種材料很輕,而且完美結(jié)合強(qiáng)度和韌性,有可能成為燃料噴嘴等天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的理想材料?!?/p>

研究人員在設(shè)計(jì)材料時(shí),從大自然中獲得靈感,比如珍珠母貝殼?!八鼈儞碛幸粚佑忠粚拥慕Y(jié)構(gòu)?!闭渲槟赣闪切挝氖∑M成,其強(qiáng)度和韌性在工程材料中極為罕見。在制造絕大多數(shù)復(fù)合材料時(shí),兩種合金組合在一起,會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)復(fù)合材料失去延性或韌性。然而,采用類似文石的結(jié)構(gòu),石墨烯和鎳復(fù)合材料的強(qiáng)度可以增加73%,拉伸能力僅降低了28%。這種復(fù)合材料甚至可以在1000攝氏度高溫下,保持高硬度。

用石墨烯增強(qiáng)材料代替電池和發(fā)動(dòng)機(jī)材料,有助于降低能耗。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所面臨的挑戰(zhàn)是,石墨烯的成本可能高達(dá)每克數(shù)百美元。主要研究人員Zhang表示:“在應(yīng)用于車輛時(shí),需要考慮成本。成本永遠(yuǎn)是第一位的。如果不能降低石墨烯的成本,就無(wú)法在汽車上大量應(yīng)用石墨烯?!?/p>

研究人員預(yù)計(jì),未來(lái)五年左右,天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用,特別是用于商用卡車。卡車運(yùn)輸公司正在尋找方法,以降低燃料成本和碳排放。目前,美國(guó)能源和交通部門正在支持創(chuàng)新材料研究,以適應(yīng)替代性燃料,并減少成本和溫室氣體排放。在較小、成本較低的規(guī)模上,石墨烯可用于改進(jìn)普通技術(shù)。比如,可以用它來(lái)制造柔性屏幕,甚至是用于手機(jī)的柔性電池,也可能用于3D打印。

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