新型耐高溫低成本合金或應(yīng)用與天然氣汽車發(fā)動機(jī)

蓋世汽車訊 與汽油相比，天然氣燃燒起來更清潔、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，天然氣動力汽車日益受到關(guān)注。然而，由于天然氣燃燒溫度高，對金屬發(fā)動機(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)動機(jī)關(guān)鍵部件的理想材料。”

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，就無法在汽車上大量應(yīng)用石墨烯?！?/p>

研究人員預(yù)計(jì)，未來五年左右，天然氣發(fā)動機(jī)或?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用，特別是用于商用卡車?？ㄜ囘\(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。