2020年9月22日
在橡树岭国家实验室的科学家使用新的技术来创建增加铜线的电电流容量的复合材料，提供能够在超高效，功率密度高的电动车辆牵引电动机进行缩放中使用的新材料。
该研究的目的是减少障碍更宽电动车辆采用，包括切削拥有成本和提高元件的性能和寿命，如电动机和电力电子设备。该材料可以在任何组件被部署使用铜，包括更有效母线和用于电动车辆牵引逆变器更小的连接，以及用于应用，例如无线和有线充电系统。
为了生产一种重量更轻、性能更好的导电材料，ORNL的研究人员将碳纳米管沉积在平坦的铜基底上，并将其对齐，从而形成一种金属基复合材料，比纯铜具有更好的电流处理能力和力学性能。
将碳纳米管(简称CNTs)加入铜基体中以提高导电性和机械性能并不是一个新想法。由于其重量轻、强度高、导电性能好，CNTs是一个很好的选择。但其他研究人员过去对复合材料的尝试都导致材料长度非常短，只有微米或毫米，且可扩展性有限，或更长长度的材料表现不佳。
ORNL团队决定使用静电纺丝来沉积单壁碳纳米管。静电纺丝是一种商业上可行的方法，可以在电场中以液体射流的形式生成纤维。该技术可以控制沉积材料的结构和方向，俄勒冈州国家实验室化学科学部的博士后研究员李凯(音译)解释说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球在这种情况下，该过程使科学家能够成功地将碳纳米管定向到一个总体方向，从而促进电流的增强。
研究小组随后使用磁控溅射(一种真空镀膜技术)，在碳纳米管涂层铜带的顶部添加薄层铜薄膜。包覆的样品随后在真空炉中退火，形成致密、均匀的铜层，形成高导电的铜-碳纳米管网络，并允许铜扩散到碳纳米管基体中。
使用这种方法，ORNL科学家创建的铜 - 碳纳米管复合材料10厘米长和4厘米宽，具有优异性能。使用仪器在该中心纳米材料科学在橡树岭国家实验室，科学用户设施的能源办公室的美国能源部材料的微观结构特性进行了分析。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球研究人员发现，在复合达到了14％以上的电流容量，与纯铜相比高达20％的提高的机械性能，如在详细说明ACS应用纳米材料欧洲杯足球竞彩。
托加Aytug，该项目首席研究员，他说，“通过将碳纳米管的所有伟大特性嵌入铜基体，我们的目标是更好的机械强度，更轻的重量和更高的电流容量。然后你就可以得到一个更好的导体和更少的功率损耗，这反过来又提高了设备的效率和性能。例如，改进的性能意味着我们可以在先进的电机系统中减少体积，增加功率密度。”
这项工作建立在橡树岭国家实验室的超导研究的丰富的历史，其制作上乘的材料，以进行电力与低电阻。欧洲杯足球竞彩该实验室的超导线材的技术授权给多个行业的供应商，使这些应用以最小功率损耗大容量输电。
虽然新的复合突破了电动马达直接的影响，它也可以提高在效率，质量和规模是一个关键指标的应用电气化，Aytug说。改进的性能特点，与商业上可行的技术来完成，意味着设计先进导体为广泛的电子系统和工业应用的新的可能性，他说。
橡树岭国家实验室小组也正在探索使用双壁CNT和其它沉积技术，例如超声喷涂耦合用辊对辊系统产生一些1米的样品的长度。
“电动马达基本上是金属——钢片和铜绕组的组合，”ORNL电力驱动技术项目经理、电力电子和电气机械组负责人Burak Ozpineci指出。“为了实现美国能源部汽车技术办公室的2025年电动汽车目标，我们需要提高电动驱动的功率密度，并将电机的体积减少8倍，这意味着改善材料性能。”
参与该项目的其他ORNL科学家有迈克尔·麦圭尔、安德鲁·卢皮尼、莉迪亚·斯科尔鲁德、弗雷德·里斯特和索丹·奥兹坎。这项工作是由能源部的能源效率和可再生能源办公室，汽车技术办公室资助的。
来源:http://www.ornl.gov/