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材料 | 15種車用材料匯總

發布時間：2021-03-24 17:48:37

在汽車的發展當中，新材料的應用不可或缺，從最開始的金屬車身結構、發展到現在的碳纖維復合材料車身結構，都展現著材料的變化。今天我們就來看看有這些在汽車以及整個行業當中所應用的新材料有哪些？

貯氫合金

1974年的某一天，日本松下電器產業中央研究所的研究人員，把鈦～錳合金和氫氣一起裝入容器后，驚奇地發現氫氣的壓力居然從1013．325kPa降到101．325kPa，所減少的氫氣是被鈦一錳合金“吃掉”了，而且“胃口”相當大，被鈦一錳合金吃進的氫氣要比它本身大1000至3000倍。由于這種合金在一定溫度和壓力下，會像海綿吸水那樣大量吸氫，故稱為“貯氫合金”或“氫海綿”。

研究進展：已研制成功多種貯氫合金，如TiFe、ZrMn 、LaNi 等，它們既可儲存氫氣，也可放出氫氣。研究人員還研制用貯氫合金凈化或提純氫；設想把貯氫合金引入汽車和廚房設備作為氫燃料，既環保又高效。

應用領域：氫動力電池車氫氣的貯存、凈化和回收、氫燃料發動機、熱—壓傳感器和熱液激勵器、氫同位素分離和核反應堆中的應用、空調、熱泵及熱貯存、加氫及脫氫反應催化劑、氫化物—鎳電池。

石墨烯

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經過5年的發展，人們發現，將石墨烯帶入工業化生產的領域已為時不遠了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。

研究進展：石墨烯微片規模化生產技術已經成熟，石墨烯微片下游運用研發成果層出不窮。單層石墨烯規模化生產技術尚未實現。

應用領域：未來5年將在汽車電池、光電顯示、半導體、觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、半導體、航天、軍工、復合材料、生物醫藥等領域將爆發式增長。

OLED

OLED的研究產生起源于一個偶然的發現。1979年的一天晚上，在 Kodak公司從事科研工作的華裔科學家鄧青云博士（Dr.C.W.Tang）在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室里，回去以后，他發現黑暗中有個亮的東西。打開燈發現原來是一塊做實驗的有機蓄電池在發光。這是怎么回事？OLED研究就此開始，鄧博士由此也被稱為OLED之父。

研究進展：OLED的產品已從試驗室走向了市場。從1997～l999年，OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上，2000年以后，產品的應用范圍逐漸擴大到手機顯示屏。OLED在手機上的應用又極大地推動其技術的進一步發展和應用范圍的迅速擴大，對現有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰。

應用領域：汽車顯示屏、3G通訊領域、軍事及特殊用途、柔軟顯示器多種領域。

超導材料

1911年，荷蘭物理學家昂納斯在研究金屬汞的低溫性時，發現在4K時水銀的電阻驟然降到一個很小的數值(10 )，當他在水銀中加入大量雜質后，對其在液氦溫度下向極小電阻狀態轉變并沒有發生什么影響。這表明在低溫下某些固體電阻趨于零是這些固體固有的物理性質。通過實驗發現了某些固體在低溫下電阻接近于零。電流在這些固體中流動時就沒有阻力，不耗損電能。昂納斯于1913年首次稱這種狀態為超導態，因此昂納斯教授獲得了1913年諾貝爾物理學獎。人們把這種零電阻現象叫做超導現象，把具有超導性的物質叫做超導材料。

研究進展：目前已相繼發現28種(金屬元素或單質)具有超導性，如鋯、鉬、鈮等；超導化合物和超導合金有幾千種，如鑭鋇銅氧化物、鈮鍺合金等。

應用領域：汽車領域、超導計算機、超導磁懸浮列車、超導電車、電磁推進船、超導電纜、超導發動機以及無損耗變壓器。

超塑性合金

1920年德國研究人員羅森海因在對鋅一鋁一銅合金進行研究時，發現這種合金與一般金屬不同，經過冷軋后，具有暫時的很高的塑性。當時被工程技術界認為是一種奇異現象。1945年前蘇聯學者包奇瓦爾，對這一奇異現象深入探究，并在許多有色金屬合金中，發現了延展性特別顯著的奇異現象。

研究進展：目前，世界上已經發現200多種超塑性合金，如超塑銅合金(Cu一38Zn)、超塑鋅合金(Zn一22Al一0．2Cu)、超塑鋁合金(A1—6Cu—Zr)等。

應用領域：用于制造汽車、導彈、人造衛星的復雜器件、電子儀器零件、汽車外殼等。

無聲金屬

2O世紀5O年代初，英國人在研究合金時，無意將含有8O錳的錳一銅合金鑄塊掉在地上，實驗人員只聽到微弱的聲響，出乎意料的現象引起他們的極大興趣，對其進行了深入的研究，終于獲得了具有減振特性的錳～銅一鋁一鐵一鎳合金，并稱它為“無聲合金”或“減振合金”。

研究進展：現已有數十種減振合金問世，如鈷鎳合金、鎂鋯合金、鎳鈦合金和鐵鋯鋁合金。

應用領域：汽車制造、宇宙航天、土木建筑、機械制造、火車車輪、家用電器等。

記憶合金

1958年，美國海軍軍械實驗室冶金師布勒在研究鎳一鈦合金時意外發現，在不同溫度下鎳一鈦合金棒相碰撞發出清脆的聲音，而冷卻到室溫后，則發出喑啞遲鈍的聲音。他敏銳地意識到，溫度對合金的組織結構和硬度可能有很大影響。I963年，在一次實驗中，他從庫房中領取了彎彎曲曲的鎳一鈦合金絲，使用起來不方便，所以實驗前把這些合金絲一根根拉直，然后做實驗。令人驚異的怪現象出現了，實驗溫度升高到一定值時，這些原來拉直的合金絲突然無一例外地全部變成彎彎曲曲的形狀。反復實驗結果相同。他們還發現不論把鎳一鈦合金絲拉得多么直，當溫度達到某一數值，即轉變溫度時，就會恢復原來的彎曲形狀。科學家把這種現象稱為形狀記憶效應，具有這種效應的合金稱為形狀記憶合金，簡稱“記憶合金”。

研究進展：科學家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進一步研究開發了欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如:銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。

應用領域：汽車制造、生物工程、醫藥、能源和自動化等方面也都有廣闊的應用前景。

導電塑料

1970年的一天，日本筑波大學的白川英樹教授讓他的一位朝鮮籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于這位學生日語不太好，聽錯了導師對實驗中應加催化劑量的要求，結果加入了應使用催化劑用量的近1OO倍，然而這一錯誤竟帶來了奇跡，得到了一種銀光閃閃的薄膜，有一點導電性，很像金屬。實際上聚乙炔應該是一種黑色的粉末。由于白川英樹教授深知個人的力量不足以解決許多邊緣問題，公開聲明愿與各行各業的科學家合作。1977年白川英樹在與美國賓夕法尼亞大學的物理教授麥克第阿密特研究這種塑料薄膜時又發現，若在乙炔的聚合過程中摻入碘，所得的聚乙炔呈金黃色，導電能力提高了3千萬倍。

研究進展：前聯邦德國的納爾曼教授用白川英樹催化劑體系獲得聚乙炔后，立即進行特殊的熟化和拉伸取向處理，再給聚乙炔薄膜摻雜，結果得到的材料比摻碘的電導率又提高了3個數量級。納爾曼的聚乙炔導電能力與銅相近了。現已用導電聚合物制成發光二級管，還在傳感器、電磁屏蔽、催化等方面大顯身手。

應用領域：抗靜電添加劑、計算機抗電磁屏幕、智能窗、發光二極管、太陽能電池、移動電話、微型電視屏幕乃至生命科學研究等領域。

金屬玻璃

1959年，美國加州理工大學的Duwez在研究晶體結構和化合價極其不同的兩個元素能否形成固溶體時，偶然發現了這種新材料。他將高溫金—硅合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，以每秒一百萬度的冷卻速度快速冷卻熔體，第一次制備了不透亮的玻璃。當時的一位物理學家看到這種材料時，曾嘲諷地說這是一種“愚蠢的合金”。

研究進展：金屬玻璃是迄今為止最強的金屬材料和最軟的金屬材料之一，最強的鈷基金屬玻璃的強度達到創紀錄的6.0GPa，最軟的鍶基金屬玻璃的強度低至300MPa；

應用領域：汽車制造、航天方面，現在衛星收集太陽能維持運轉的伸展機構；金屬玻璃可用來制造動能破甲、穿甲彈。電壓變壓器芯體；手表表殼、高檔手機、手提電腦外殼，以及在汽車重要部件上的應用。

新型工業聚合物

開發者 Jeannette Garcia正在開發另一種塑料，突然間容器里的溶劑變硬了。最后她將容器用鐵錘砸破，但那個神秘的材料竟然沒有損壞。她不知道如何復制這種塑料，所以她加入了IBM的計算機化學小組，并用IBM的超級電腦反推制備過程，最終得到了反應機制，這種塑料叫做PHT。

研究進展：這是一種全新的塑料，或者更準確地說是一種聚合物，其硬度強于骨骼，重量與同體積普通塑料類似，具備重新塑形的能力，并且100%可回收再利用。

應用領域：新聚合物材料潛在用途極為廣泛，在汽車制造、航空航天、新、半導體等行業。

聚四氟乙烯

1938年化學家羅伊·普朗克特本希望能生成一種新型碳氟化合物，他返回實驗室，查看他在冷凍室里進行的一項試驗。他檢查一個本應該充滿氣體的容器，結果發現氣體都已消失了，僅在容器壁上留下一些白點。普朗克特對這些神秘的化學物非常感興趣，又開始重新做實驗。最終這種新物質被證實是一種奇特的潤滑劑，熔點極高，非常適合使用在軍用設備上。現在這種物質被廣泛應用在不粘鍋上。

研究進展：以成功研制一系列聚四氟乙烯不粘涂料，廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等。

應用領域：汽車密封圈、軸承、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理等。

不銹鋼

在第一次世界大戰時期，一位金屬專家受命研究槍筒在射擊過一段時間以后因發生“銹斑”而損壞的問題。在研究中他采用幾種新型合金鋼的含鉻量很高。但是用這種新“鉻鋼”制造的槍筒，在開了第一槍后就成了碎片。碎片被扔進了廢料堆，過了一兩個星期，這位專家注意到，在那些生銹的廢金屬片中，那根鉻鋼槍筒的碎片仍然象原來一樣，閃閃發亮。“不銹鋼”的巨大優點就是從這個偶然中發現出來的。

研究進展：目前有一百多種工業不銹鋼，所開發的每種不銹鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。

應用領域：汽車制造、建筑應用、食品加工、餐飲、釀造和化工領域。

硬鋁

1906年德國科學家威爾姆打算觀察熱處理對一種含銅 3.5％，鎂0.5％的鋁合金的影響。但處理后的合金并不如所希望的那樣硬化。他把合金隨手扔在了一邊。但幾天后他懷疑自己的試驗，于是決定重做一遍。結果他吃驚地發現幾天前處理過的合金的強度和硬度已經大大增強。他因此而發現時效硬化現象，并制得硬鋁。

研究進展：熱處理可強化鋁合金，包括鋁-銅-鎂系和鋁-銅-錳系合金。這類合金強度和耐熱性能均好，但耐蝕性不如純鋁和防銹鋁合金。鋁-銅-鎂系中添加鐵和鎳，可發展為鍛造合金，有良好的高溫強度和工藝性能。鋁-銅-錳系合金的工藝性能良好，易于焊接，主要用于耐熱可焊的結構材料和鍛件。

應用領域：該類合金廣泛應用于各種構件和鉚釘材料。在汽車、造船、建筑等部門也大量應用。

納米材料

1980年的一天，德國物理學家格萊特（grant）到澳大利亞旅游，當他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時，空曠、寂寞和孤獨的環境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長期從事晶體材料的研究，了解晶體的晶粒大小對材料的性能有很大的影響，晶粒越小，強度就越高。格萊特上面的設想只是材料的一般規律，他的想法一步一步地深入，如果組成材料的晶體的晶粒細到只有幾個納米大小，材料會是個什么樣子呢？或許會發生“翻天覆地”的變化吧！格萊特帶著這些想法回國后，立即開始試驗，經過將近4年的努力，終于在1984年制得了只有幾個納米大小的超細粉末，包括各種金屬、無機化合物和有機化合物的超細粉末。

研究進展：納米技術基礎理論研究和新材料開發等應用研究都得到了快速的發展，在產業化發展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數幾個國家初步實現規模生產外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫療診斷材料等產品仍處于開發研制階段。

應用領域：汽車制造、傳統材料、醫療器材、電子設備、涂料等。

不碎玻璃

1903年的一天，法國化學家貝內迪克蒂斯做完了實驗，在清掃實驗室時，不慎將1支平底燒瓶從3m高的儀器架上碰落下來，掉到地面上并沒有摔碎，只是布滿了裂紋。因忙于其他實驗，給這只燒瓶貼上紙條放在墻角。不久，貝內迪克蒂斯在報紙上看到一則車禍消息：一輛公共汽車撞在建筑物上，車窗玻璃的碎片擊傷了司機和乘客。記者呼吁急需研制一種碎了也不傷人的車窗玻璃。于是，貝內迪克蒂斯立即拿出放在墻角貼有紙條的燒瓶著手研究。他發現這是一只裝過硝化纖維溶液的燒瓶，瓶壁上有一層膠膜，所以沒有跌碎。由此，他深受啟發，聯想到讓膠膜和玻璃“緊密結合”，研制出了一種新型的“夾層玻璃”

研究進展：目前已成功開發多種夾層玻璃。根據中間所夾材料不同，可分為：夾紙、夾布、夾植物、夾絲、夾絹、夾金屬絲等眾多種類；根據夾層間的粘接方法不同，可分為：混法夾層玻璃、干法夾層玻璃、中空夾層玻璃；根據夾層的層類不同，可分為：一般夾層玻璃和防彈玻璃。

應用領域：汽車擋風玻璃、航空擋風玻璃、建筑玻璃。

來源 | 智享汽車新材料

全國人大代表王鳳英：“新能源+智能化”將推動中國汽車產業“彎道超車”(圖2)

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