美科学家创造了一种碳纳米管复合材料将铜的电流容量提高14%

美国科学家创造了一种碳纳米管复合材料,它们可以将铜线的电流容量提高14%,同时将其机械性能(例如强度和重量)提高20%。来自美国政府的橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员补充说,这种材料可用于任何使用铜的组件中,例如,可产生更高效的母线,更小的连接器以及超高效的高功率电源、密度电机。

这项工作是一项计划的一部分,该计划旨在减少阻碍电动汽车广泛采用的障碍,包括削减成本并改善诸如电动机和电力电子设备之类的组件性能和寿命。

ORNL的Electric Drive Technologies计划的负责人,电力电子和电机部门的负责人Burak Ozpineci指出:“电动机基本上是金属混合物,包括钢叠片和铜绕组。” “要实现能源部2025年汽车技术办公室的电动汽车目标,我们需要将电动驱动器的功率密度提高,并将电动机的体积减少八倍,这意味着要提高材料性能。”

为了生产出性能更高的轻质导电材料,ORNL的研究人员在平坦的铜基板上沉积并排列了碳纳米管(CNTs)。这样就得到了一种金属矩阵复合材料,其电流处理能力更强,机械性能也比铜本身更好。

将CNT掺入铜基体中以提高导电性和机械性能并不是一个新想法。CNT具有重量轻,强度高和导电的吸引力。但之前创建复合材料的尝试仅限于长度只有微米或毫米的样品,可扩展性有限–或者是长度较长的样品,表现不佳。

ORNL团队决定尝试使用电纺技术沉积单壁CNTs,该技术通过使液体喷射流通过电场来产生纤维。它可以控制沉积材料的结构和方向,ORNL化学科学部的研究员Kai Li解释说。该过程允许研究人员将CNTs定向在一个总体方向上,以增强电力的流动。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

然后,研究小组使用了一种称为磁控溅射的真空镀膜技术,在CNT涂覆的铜带顶部添加了一层薄薄的铜膜。然后将涂覆的样品在真空炉中退火,通过形成致密,均匀的铜层,使铜扩散到CNT基体中,从而产生高导电性的铜-CNT网络。

美科学家创造了一种碳纳米管复合材料将铜的电流容量提高14%
美国开发的复合材料使用纳米管可以改善铜的电学和物理性能,并可以提高电机和许多其他电气组件的性能

利用这种方法,ORNL的科学家们创造出了一种长10厘米、宽4厘米、具有 “特殊性能 “的铜-碳纳米管复合材料。

该项目的首席研究员托尔加·艾特格(Tolga Aytug)表示:“通过将碳纳米管的所有出色特性嵌入到铜基体中,我们的目标是提高机械强度,减轻重量和提高电流容量。” “然后,您将获得一个更好的导体,且功耗更低,从而提高了设备​​的效率和性能。例如,性能的改善意味着我们可以减小体积并提高先进电机系统的功率密度。”

Aytug补充说,除了增强电动机的性能和特性外,这种新型复合材料还可以在效率,质量和尺寸是关键因素的其他应用中受益。可以使用商业上可行的技术来实现更高的性能,这为在广泛的电气和工业应用中的先进导体开辟了新的可能性。

ORNL小组还正在探索使用双壁CNT和其他沉积技术(例如超声喷涂和卷对卷系统)来生产1m长的样品。

上一篇:

下一篇:


标签