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注。然而,由于天然氣燃燒溫度高,對金屬發動機部件的要求也要高得多。
據外媒報道,弗吉尼亞大學(University of Virginia)研究人員通過將鎳粉和石墨烯薄片結合在一起,開發出一種新型耐高溫低成本合金,并申請專利。這種新型金屬基復合材料,可在1000攝氏度下保持完整性,或將成為天然氣發動機材料的良好選擇。
此類輕質材料被稱為“石墨烯超耐熱合金”(graphene superalloy)。因為使用了輕質石墨烯材料,比其他鎳高溫合金更輕,但是,比其他金屬混合物更堅固耐用。領導這項研究的機械與航空航天工程學院教授Chris Li表示:“這種材料很輕,而且完美結合強度和韌性,有可能成為燃料噴嘴等天然氣發動機關鍵部件的理想材料。”
研究人員在設計材料時,從大自然中獲得靈感,比如珍珠母貝殼。“它們擁有一層又一層的結構。”珍珠母由六角形文石薄片組成,其強度和韌性在工程材料中極為罕見。在制造絕大多數復合材料時,兩種合金組合在一起,會導致大多數復合材料失去延性或韌性。然而,采用類似文石的結構,石墨烯和鎳復合材料的強度可以增加73%,拉伸能力僅降低了28%。這種復合材料甚至可以在1000攝氏度高溫下,保持高硬度。
用石墨烯增強材料代替電池和發動機材料,有助于降低能耗。實現這一目標所面臨的挑戰是,石墨烯的成本可能高達每克數百美元。主要研究人員Zhang表示:“在應用于車輛時,需要考慮成本。成本永遠是第一位的。如果不能降低石墨烯的成本,就無法在汽車上大量應用石墨烯。”
研究人員預計,未來五年左右,天然氣發動機或將得到廣泛應用,特別是用于商用卡車。卡車運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新材料研究,以適應替代性燃料,并減少成本和溫室氣體排放。在較小、成本較低的規模上,石墨烯可用于改進普通技術。比如,可以用它來制造柔性屏幕,甚至是用于手機的柔性電池,也可能用于3D打印。
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