作者斯蒂芬妮·格·西，橡树岭国家实验室 ORNL的科学家使用新技术制造了一种长度较长的铜碳纳米管复合材料，这种材料的性能得到了改善，可用于电动汽车牵引电机
信用:安迪斯普劳斯/ORNL，美国
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能量的 橡树岭国家实验室的科学家使用新技术制造了一种复合材料，这种复合材料可以增加铜线的电流容量，提供一种新材料，可以按比例用于超高效、高功率密度的电动汽车牵引电机
这项研究旨在减少更广泛采用电动汽车的障碍，包括降低拥有成本，提高电动机和电力电子器件等部件的性能和寿命
这种材料可以应用于任何使用铜的部件，包括更高效的母线和更小的连接器，用于电动汽车牵引逆变器，以及无线和有线充电系统等应用
为了生产一种重量更轻、性能更好的导电材料，ORNL的研究人员在平坦的铜基底上沉积并排列碳纳米管，从而得到一种金属基复合材料，它比单独的铜具有更好的电流处理能力和机械性能
将碳纳米管或碳纳米管加入铜基体中以提高导电性和机械性能并不是什么新想法
碳纳米管是一个很好的选择，因为它们重量轻，强度高，导电性能好
但是，其他研究人员过去在复合材料方面的尝试导致材料长度非常短，只有几微米或几毫米，可扩展性有限，或者长度较长，性能较差
ORNL团队决定用静电纺丝法沉积单壁碳纳米管，这是一种商业上可行的方法，通过电场喷射液体来制造纤维
ORNL化学科学部博士后研究员李凯解释说，这项技术可以控制沉积材料的结构和方向
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在一个总的方向上，以促进电流的增强
该小组随后使用磁控溅射，一种真空镀膜技术，在碳纳米管覆盖的铜带上增加一层薄的铜膜
涂覆的样品然后在真空炉中退火，通过形成致密、均匀的铜层产生高导电性的铜-碳纳米管网络，并允许铜扩散到碳纳米管基质中
利用这种方法，ORNL科学家创造了一种10厘米长、4厘米宽的铜-碳纳米管复合材料，具有优异的性能
美国ORNL纳米材料科学中心的仪器分析了材料的微结构特性
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能源部科学办公室用户设施
研究人员发现，与纯铜相比，这种复合材料的电流容量提高了14%，机械性能提高了20%，详见美国化学学会应用纳米材料
该项目的首席研究员托尔加·艾图格说:“通过将碳纳米管的所有优良特性嵌入到铜基体中，我们的目标是获得更好的机械强度、更轻的重量和更高的电流容量
这样你就得到一个更好的导体，功率损耗更少，从而提高设备的效率和性能
例如，性能的提高意味着我们可以在先进的电机系统中减少体积并增加功率密度
" 这项工作建立在ORNL超导研究的丰富历史基础上，该研究已经产生了低电阻导电的优良材料
该实验室的超导电线技术已获得多家行业供应商的许可，能够以最小的功率损耗实现高容量电力传输等用途
艾图格说，虽然新的复合材料突破对电机有直接影响，但它也可能改善效率、质量和尺寸是关键指标的应用中的电气化
他说，通过商业上可行的技术实现的性能特性的改善，意味着为广泛的电气系统和工业应用设计先进导体的新可能性
ORNL团队还在探索使用双壁碳纳米管和其他沉积技术，如超声波喷涂结合卷到卷系统来生产约1米长的样品
“电动机基本上是金属的组合——钢叠片和铜绕组，”ORNL电力驱动技术项目经理、电力电子和电机集团的领导人布拉克·奥兹皮涅奇指出
“为了实现能源部车辆技术办公室的2025年电动汽车目标，我们需要增加电力驱动的功率密度，并将电机体积减少8倍，这意味着改善材料性能
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