ORNL开发新型Cu-CNT复合材料 将电流容量提高14%

盖世汽车讯据外媒报道，美国橡树岭国家实验室的科学家利用新技术制造了一种复合材料，以提高铜线的电流容量。这种材料可以调整尺寸，用于超高效、高功率密度的电动汽车牵引电机。

这项研究旨在减少障碍，促进电动汽车的广泛应用，例如降低成本，提高电机和电力电子设备等部件的性能和寿命。这种类型的材料可以应用于任何使用铜的部件，包括电动汽车牵引逆变器中更高效的母线和更小的连接器，以及无线和有线充电系统等应用。为了制造性能更好、重量更轻的导电材料，ORNL的研究人员将碳纳米管沉积并排列在平坦的铜基底上，形成金属基复合材料。与铜相比，这种材料具有更好的电流处理能力和机械财产。在铜基体中添加碳纳米管以提高导电性和机械财产并不是一个新想法。碳纳米管由于其重量轻、强度高、导电性好，是一个很好的选择。然而，在以前对复合材料的研究中，要么产生的材料长度很短，只有微米或毫米，可扩展性有限，要么材料长度很长，但性能较差。ORNL团队试图使用静电纺丝沉积单壁碳纳米管，这是一种商业上可行的方法，当液体射流通过电场时可以产生纤维。李凯研究员表示，这项技术可以控制沉积材料的结构和取向。在这种情况下，科学家可以成功地将碳纳米管定向在一个粗略的方向上，以促进电流流动。然后，研究团队使用磁控溅射真空沉积技术在覆盖CNT的铜带上添加了一层薄铜膜。然后，将样品在真空炉中退火，以形成均匀且致密的铜层，这产生了高导电性的Cu-CNT网络，并允许铜扩散到CNT基体中。ORNL的科学家利用这种方法制造了一种长10厘米、宽4厘米的铜碳纳米管复合材料，具有优异的性能。研究人员还利用ORNL纳米材料科学中心的仪器分析了材料的微观结构特征。他们发现，与纯铜相比，复合材料的电流容量增加了14%，其机械财产提高了20%。我们的目标是通过将碳纳米管的所有优异特性嵌入铜衬底来提高机械强度、减轻重量和增加电流容量。您将获得更低的功耗和更好的导体，从而提高设备的效率和性能。例如，在先进的电机系统中，提高性能有助于减少体积和提高功率密度。这项工作基于ORNL丰富的超导研究历史，并生产出了可以低电阻导电的优秀材料。该实验室的超导电线技术已授权给多个行业供应商，实现了高容量输电，同时最大限度地减少了电力消耗。Aytig说，新型复合材料的突破对电机有直接影响，在效率、质量和尺寸是关键指标的应用中，可以提高电气化水平。他说，通过商业上可行的技术提高性能，有可能为各种电气系统和工业应用设计先进的导体。ORNL团队仍在探索如何使用双壁碳纳米管和其他沉积技术，如超声波喷涂和辊对辊系统，来生产大约1米长的样品。ORNL电动驱动技术项目经理Burak Ozpineci，指出，“电机基本上是金属的组合，包括钢板和铜绕组。为了实现美国能源部汽车技术办公室2025年的电动汽车目标，我们需要提高电动驱动器的功率密度，并将电机尺寸缩小8倍，因此我们需要提高材料性能。”

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