美国研究人员开发一种高导电性铜线新工艺可将导电率提高5%

美国研究人员已经开发出一种高导电性铜线新工艺,他们表示,这种工艺可以将铜线的导电率提高5%左右,从而提高电机等电动设备的效率,或者在同等效率的情况下减轻其重量。

美国研究人员开发一种高导电性铜线新工艺可将导电率提高5%

来自美国太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员与通用汽车公司合作,在汽车电机的部件中测试改进后的铜线。作为成本分摊研究项目的一部分,他们验证了导电率的提高,还发现铜的延展性也更强–在断裂前可以进一步拉伸。

在其他方面,这种材料的表现与传统的铜一样,因此它可以被焊接和承受机械应力而不损失性能。在电机中使用增强型铜不需要专门的制造方法。

这种新材料可用于任何使用铜传输电能的应用,如电缆、电力传输系统、发电机、电池和无线充电器。

性能的提高是通过在铜中加入石墨烯,并以此生产出比纯铜具有更高导电性的电线实现的。一台首创的机器正在申请专利技术–将金属和复合材料结合并挤出。

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该工艺被称为Shape(剪切辅助加工和挤出),当金属或复合材料被推过模具时,通过旋转施加一个对立或剪切力,以形成新的形状。使金属变形引起内部加热,从而使其软化,并使其形成线、管或棒。

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“形状是第一个在铜的散装规模上实现改善导电性的工艺,这意味着它可以生产工业界目前使用的尺寸和格式的材料,如电线和棒,”PNNL的首席研究员Glenn Grant说。”以前已经研究过将石墨烯添加到铜中的好处,但这些努力主要集中在薄膜或分层结构上,而这些结构的制作成本非常高,而且耗费时间。Shape工艺是首次展示了通过真正可扩展的工艺制作的铜-石墨烯复合材料的导电性得到了相当大的改善。”

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以往将石墨烯添加到铜中的尝试都遇到了问题,因为添加剂没有均匀混合,在结构中产生了团块和孔隙。新工艺消除了孔隙,同时也将添加剂均匀地分布在金属内部,这可能是导电性提高的原因。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

“Shape对石墨烯的均匀分散是为什么只需要真正极少量的添加剂–大约百万分之六的石墨烯片–就能获得5%的电导率的大幅改善,”PNNL材料科学家Keerti Kappagantula解释道。”其他方法需要大量的石墨烯,制造成本非常高,而且仍然没有接近我们在批量规模上展示的高电导率。

通用汽车公司的R&d工程师已经验证了高导电性铜线可以像传统铜线一样进行焊接、钎焊和成型,这表明可以无缝集成到现有的电机制造技术中。

“为了进一步实现电机的轻量化,材料的进步是新的典范,”PNNL能源过程和材料部门的Darrell Herling说。”对于任何电动马达或无线汽车充电系统来说,更高的导电率铜可能是一种颠覆性的轻量化和/或提高效率的方法。”

根据美国能源部在2018年制作的一份关于电动汽车的报告,需要提高电机效率,以提高电动汽车的功率密度。此外,组件需要适应车辆中越来越小的可用空间。到目前为止,减少电机体积一直受到材料特性和传统铜绕组的导电性限制。

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