運用在汽車上的新材料
轎車是指用于載送人員及其隨身物品，且座位布置在兩軸之間的汽車。包括駕駛者在內(nèi)，座位數(shù)最多不超過九個。下面是小編為大家整理的運用在汽車上的新材料，僅供參考，歡迎閱讀。
（1）熱電材料
隨著全球工業(yè)化步伐的加快，世界性的能源短缺已經(jīng)成為制約經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。通過熱電轉(zhuǎn)換裝置利用余熱、廢熱直接進行溫差發(fā)電不但可以有效地緩解能源短缺問題，也有利于減少環(huán)境污染。此外溫差發(fā)電不需要使用傳動部件，還具有工作時靜音、無排棄物，對環(huán)境沒有污染，并且這種材料性能可靠，使用壽命長等優(yōu)點。
以車載熱電發(fā)電機為例，在內(nèi)燃機中汽油產(chǎn)生的總能量的大約1/4被用于真正地驅(qū)動車輪，40%隨排放熱量耗損，30%損失在發(fā)動機冷卻過程。這意味著70%的可提供能量被浪費了。2008年美國俄亥俄州立大學(xué)開發(fā)了一種新型高效摻鉈碲化鉛合金材料，雖然類似的發(fā)明并不算新穎，但是此次的這種新型材料的有效范圍卻在450～950華氏度之間，而大多數(shù)的汽車引擎溫度恰好在這一區(qū)間之內(nèi)。此外，這種新型材料的轉(zhuǎn)化效率是目前商業(yè)應(yīng)用熱電材料的2倍。在此研究成果的基礎(chǔ)上，2010年美國能源部可再生能源實驗室在寶馬發(fā)動機上測試了汽車熱電發(fā)電機，試驗結(jié)果表明該熱電發(fā)電機能回收尾氣管排出的4%-5%廢熱能，能完全取代車載交流發(fā)電機（提供500瓦至750瓦電力），提升整車燃料效率10%左右，而這10%僅僅在美國的通用車輛每年節(jié)約超過1億加侖的燃料。
由于熱電效應(yīng)是可逆的，因此可以在熱電材料上加載電壓來實現(xiàn)制冷。與現(xiàn)行的壓縮式制冷或吸收式制冷方式相比，半導(dǎo)體制冷是靠電子（空穴）在運動中直接傳遞熱量來實現(xiàn)的，因而有如下優(yōu)點：①不需要制冷劑，無污染、清潔衛(wèi)生；②無機械傳動部件，結(jié)構(gòu)簡單、無噪聲、無磨損、可靠性高；③通過改為工作電流的大小來調(diào)節(jié)制冷速度和制冷溫度，控制靈活；④熱電堆可以任意排布、大小形狀皆可根據(jù)需要改變等。典型應(yīng)用包括：半導(dǎo)體冷阱、恒溫槽、紅外探測器、圖像傳感器、計算機芯片冷卻、便攜式冷暖箱、醫(yī)學(xué)及生物儀器、飲水機、除濕機、電子空調(diào)器、集成電路高低溫實驗儀及局部控溫系統(tǒng)。特別需要指出的是熱電材料在國防上的應(yīng)用，如衛(wèi)星上的預(yù)警用紅外探測器需要在低溫條件下才具有高的靈敏度和探測率，其制冷器要求質(zhì)量輕和無震動，熱電制冷器是最好的裝備器件。
（2）碳纖維復(fù)合材料
碳纖維是一種主要由碳元素組成的特種纖維狀碳材料，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上，具有極高的高比強度和比模量（是指材料的模量與密度之比，是材料承載能力的一個重要指標，比模量越大,零件的剛性就愈大）。
碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成r的結(jié)構(gòu)材料簡稱碳纖維復(fù)合材料。簡單而形象的理解就是假設(shè)碳纖維是金屬網(wǎng)，把金屬網(wǎng)嵌入到塑料中，那么這種材料就比單純的塑料具有更好地機械性能。
飛機制造商將復(fù)合材料應(yīng)用于民用和軍用航空已有幾十年歷史。空客公司方面，1988年空客投產(chǎn)A320，是第一架全復(fù)合材料尾翼的機型�？湛妥钚乱淮a(chǎn)品A380在研制中使用了創(chuàng)新的玻璃纖維增強鋁材料，與傳統(tǒng)鋁材料相比，重量輕、強度高、抗疲勞特性好，維修性能和使用壽命也得到大大改善，不需要特別的加工工藝。飛機約25%由高級減重材料制造，其中22%為碳纖維混合型增強塑料，3%為首次用于民用飛機的玻璃纖維增強金屬板。A380首次采用了復(fù)合材料碳纖維制成的連接機翼與機身的中央翼盒。波音公司方面，1995年波音777型客機也采用了復(fù)合材料尾翼。波音787是首次全機身機翼使用碳纖維復(fù)合材料代替金屬材料制造的客機。早在2003年3月，波音就向聯(lián)邦航空局提交了認證申請，并于2010年4月進行了認證飛行試驗（受制于工藝開發(fā)和生產(chǎn)挑戰(zhàn)，波音公司四次提出認證飛行推遲的請求，認證飛行原本應(yīng)在2008年進行）。2011年8月，波音公司完成了所有要求的飛行試驗，并得到了聯(lián)邦航空局的機型驗證。
目前世界高性能碳纖維原絲和碳纖維制備技術(shù)主要掌握在日本的東麗、東邦和三菱等企業(yè)手中。其他國家正在努力降低碳纖維成本，并將其應(yīng)用于汽車行業(yè)是各國最求的目標，例如：
2009年11月，寶馬與德國西格里集團也簽署了類似的協(xié)議，成立合資企業(yè)，致力于生產(chǎn)輕量電車和混合動力車用碳纖維復(fù)合材料。
2011年2月，奧迪與福伊特簽署協(xié)議，致力于實現(xiàn)纖維增強塑料復(fù)合材料的工業(yè)化量產(chǎn)。
2011年10月，德戴姆勒和日本東麗合資建廠生產(chǎn)碳纖維強化塑料。
2011年12月，通用汽車宣布與日本帝人公司簽署類似的協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)碳纖維汽車零部件，據(jù)稱開發(fā)的這種材料比常規(guī)優(yōu)質(zhì)鋼要結(jié)實十倍，但是重量僅僅是其1/4。
2012年4月福特陶氏合作開發(fā)汽車用低成本碳纖維復(fù)合材料。
（3）超硬超耐磨材料
單純的水泥做的路不耐磨，人們通常的做法用水泥路面加上又硬又耐磨的鵝卵石，這樣的路就非常耐用。發(fā)動機用久了，內(nèi)部磨損就非常嚴重，如果將“鵝卵石”加入到發(fā)動機內(nèi)部材料設(shè)計上呢？
鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。但是鈦合金的硬度和耐磨性較差。碳化鈦硬度大，是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的重要原料，并具有良好的力學(xué)性能，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、機械零件等。以碳化鈦顆粒（是一種具有非常高硬度的鵝卵石）增強鈦合金，可以顯著增加鈦合金硬度。美國航空航天局采用了碳化鈦顆粒增強鈦合金。試驗表明，增強后的鈦合金硬度增加了26%。
鈦可與空氣中的氧、氮、一氧化碳、水蒸氣等物質(zhì)產(chǎn)生強烈的'化學(xué)反應(yīng)，在表面形成碳化鈦及氮化鈦硬化層。在鈦合金處于摩擦條件下，表面的這層硬化層磨掉之后，鈦又將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的硬化層，周而復(fù)始。因此鈦合金的磨損非常嚴重。為了解決這個問題，美國航空航天局與美國空軍研究實驗室聯(lián)合開發(fā)了一種新技術(shù)，在鈦合金上附著一層多壁碳納米管薄膜，試驗表明能夠這層多壁碳納米管薄膜能夠起到很好的潤滑作用。
（4）車內(nèi)空氣凈化材料
由于車內(nèi)長期不通風(fēng)，加上各種裝飾材料和各種家用化學(xué)物質(zhì)的使用，車內(nèi)空氣污染的程度越來越嚴重。車內(nèi)有害氣體主要有裝飾材料等釋放的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨氣以及各類臭氣等。據(jù)有關(guān)部門測試，車內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機化合物高達300多種，其中對人體容易造成傷害、甚至致癌的就有20多種，極大地威脅著人類的健康生活。隨著人們健康和環(huán)保意識的增強，人們對具有光催化凈化室內(nèi)空氣、抗菌殺毒等功能性綠色環(huán)保材料的需求日益迫切，納米二氧化鈦光觸媒的出現(xiàn)為環(huán)境凈化材料的發(fā)展開辟了一片新天地，也為人們對健康環(huán)境需求的解決提供了有效的途徑。
世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體，其中二氧化鈦因其氧化能力強，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定無毒，成為世界上最當(dāng)紅的納米光觸媒材料。二氧化鈦的禁帶寬度約為3.0eV，屬于紫外光激發(fā)范圍，因此在應(yīng)用上須以紫外光為光源，才能具有光催化作用。二氧化鈦的粒徑大小亦會影響光觸媒功能，二氧化鈦粒徑大小須在5~30納米范圍內(nèi)，才具有較好的光催化活性，最佳的粒徑大小約為7納米左右。利用光觸媒材料經(jīng)紫外光線激發(fā)后，進而活化空氣中的水氣分子或氧氣分子形成氫氧自由基或負氧離子，進行氧化或還原作用，以分解環(huán)境中的污染物，即可應(yīng)用于去除空氣中或廢水中的污染物，亦可應(yīng)用于抑制或滅除附著于表面的細菌，達到抗菌效果。
納米光觸媒在光照下，自身不發(fā)生化學(xué)變化，卻可以促進化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，其功能就象光合作用中的葉綠素。當(dāng)其吸收太陽光或其他光源中的能量后，粒子表面的電子被激活，逸離原來的軌道，同時表面生成帶正電的空穴。逸出的電子具有強還原性，空穴則具有強氧化性，兩者與空氣中的水氣反應(yīng)后會生成活性氧和氫氧自由基�；钚匝�、氫氧自由基能將大部分有機物、污染物、臭氣、細菌等氧化分解成無害的二氧化碳和水。
（5）斥水材料
車主們雨天開車的時候，有沒有因為車窗上的水珠干擾了視線而煩惱呢？有沒有一種玻璃，上面不沾水呢？讓我們先看看大自然中是不是有這種神奇的東西吧。
水黽在水上穩(wěn)定站立、快速行走歸功于腿部特殊的微納結(jié)合的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。在高倍顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，水黽腿部有數(shù)千根按同一方向排列的多層直徑不足3微米的剛毛，這些剛毛表面形成螺旋狀的納米溝槽，吸附在溝槽中的氣泡形成氣墊，從而讓水黽能夠在水面上自由地穿梭。
類似的還有荷葉。
實際上，已經(jīng)有某些中高檔轎車使用了斥水玻璃，例如凱美瑞2.5及以上車型的前車窗都使用的斥水玻璃。
（6）儲氫材料
隨著人類對可再生能源的重視程度越來越高，氫能作為一種綠色清潔能源具有廣闊的發(fā)展前景。目前，限制氫作為燃料用于工業(yè)和人類生活中的難點主要是在氫的發(fā)生、儲存和運輸?shù)确矫孢�存在問題�？茖W(xué)家們已根據(jù)氫的物理化學(xué)特性研究得知，若使儲氫材料具有實用價值，必須具備以下特性：儲氫含量高，具有高度的反應(yīng)可逆性，且可在常溫常壓下進行；具有良好的循環(huán)性，而且循環(huán)的次數(shù)要足夠多；易活化、滯后效應(yīng)��；具有優(yōu)良的抗毒性能。此外，在研究設(shè)計時還應(yīng)注意要盡量滿足比重小、能量密度高、制造工藝簡單、安全等特性。由于目前人類科學(xué)技術(shù)水平的限制，還未能發(fā)現(xiàn)能同時滿足上述多數(shù)條件的儲氫材料，因而其應(yīng)用也受到了很多限制。
20世紀60年代，材料王國里出現(xiàn)了能儲存氫的金屬和合金，統(tǒng)稱為儲氫合金，這些金屬或合金具有很強的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金（或金屬）中先分解成單個的原子，而這些氫原子便“見縫插針”般地進入合金原子之間的縫隙中，并與合金進行化學(xué)反應(yīng)生成金屬氫化物，外在表現(xiàn)為大量“吸收”氫氣，同時放出大量熱量。而當(dāng)對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發(fā)生分解反應(yīng)，氫原子又能結(jié)合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應(yīng)。別看儲氫合金的金屬原子之間縫隙不大，但儲氫本領(lǐng)卻比氫氣瓶的本領(lǐng)可大了。具體來說，相當(dāng)于儲氫鋼瓶重量1/3的儲氫合金，其體積不到鋼瓶體積的1/10，但儲氫量卻是相同溫度和壓力條件下氣態(tài)氫的1000倍。
迄今為止，在已發(fā)展的稀土金屬系（AB5型）、鈦系（AB型）、鋯系（AB2型）和鎂系（A2B型）儲氫合金中，鎂系合金是很有發(fā)展前途的一種。鎂基合金儲氫原理是氫氣吸收過程中鎂納米顆粒與氫氣相互作用，形成氫化鎂；氫氣釋放過程中，氫化鎂分解成鎂與氫氣。但是金屬鎂化學(xué)性質(zhì)非�；顫姡菀着c水和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使得儲氫效率變得極低。為了解決這個問題，2011年美國勞倫斯伯克力國家實驗室開發(fā)了一種新技術(shù)，研究人員用一種選擇性透過有機聚合物將鎂納米顆粒包裹起來，這種有機聚合物的特點是能選擇性地讓氫氣分子自由進出，而將氧氣和水分子隔絕在外。研究結(jié)果表明，該技術(shù)無需使用重金屬做催化劑，且儲氫密度較高（氫氣重量能達到總重量的4%），沖入氫氣的速度較快（能在200°C條件下，在30分鐘內(nèi)充滿）。
（7）金屬玻璃
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對液態(tài)金屬快速冷卻，即金屬的原子還沒有時間排列整齊就冷卻成固體了，這樣形成的金屬材料稱之為金屬玻璃。如果說鋼鐵等晶態(tài)固體的原子排序好比列隊整齊的閱兵式陣列，那么玻璃等非晶態(tài)固體的原子排序就像是王府井大街上熙熙攘攘的人群。
1960年加州理工學(xué)院的科學(xué)家們首先發(fā)現(xiàn)了金屬玻璃（又稱非晶合金），金屬玻璃既有金屬和玻璃的優(yōu)點，又克服了它們各自的弊病（玻璃易碎，沒有延展性，而金屬硬度和耐磨損性能不佳）。金屬玻璃兼有玻璃、金屬、固體和液體的某些特性.比如:金屬玻璃是迄今為止最強的材料之一，一根直徑4mm粗的金屬玻璃絲可以懸吊起3噸的重物；將它浸在強酸、強堿性液體中，仍能完好無損；具有接近陶瓷的硬度卻在一定溫度下能像橡皮泥那樣的柔軟、像液體那樣流動。
由于金屬玻璃的形成需要大于106K/秒的冷卻速率，使得形成的合金呈很薄的條帶或細絲狀，因而限制了這類材料的應(yīng)用范圍，同時也影響了對其許多性能進行系統(tǒng)、精確的研究.尋求具有很強玻璃形成能力，大塊狀金屬玻璃一直是非晶物理和材料領(lǐng)域科學(xué)家們追求的目標，并為此做出了艱苦的努力。由于大塊金屬玻璃具有耐磨、抗疲勞、抗腐蝕等優(yōu)良的性質(zhì)，在汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)等具有廣闊的應(yīng)用前景。
（8）真菌泡沫
美國EcovativeDesign公司用農(nóng)作物副產(chǎn)品和菌絲體像培育蘑菇一樣生產(chǎn)可輕易降解的新一代無公害包裝材料，有望完全替代以石油為基礎(chǔ)的塑料泡沫，可用于汽車保險杠、門、屋頂、發(fā)動機托架、儀表板和座椅等等。
（9）燒結(jié)稀土磁體
稀土材料對風(fēng)力發(fā)電機、純電或混合動力汽車等新能源裝備制造業(yè)至關(guān)重要。小型的燒結(jié)稀土磁體就可以提供強大的磁場，使得制造商能夠制造出更小更輕的發(fā)動機。美國電子能源公司與特拉華州立大學(xué)合作開發(fā)出新型燒結(jié)稀土磁體制造工藝，提高電阻率30%，可在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)的情況下降低發(fā)動機能源損耗。
（10）自愈合材料
仿生學(xué)的一個重要趨勢是非活體結(jié)構(gòu)材料在被剪切、撕裂或破裂時，能夠具有自我修復(fù)的能力。這類材料能夠在沒有外界人力干預(yù)的情況下修復(fù)損傷，并給予產(chǎn)品更長的使用壽命。車主們也不用為車子掛了劃了感到煩惱了，到太陽下曬曬，就能自動修復(fù)，神奇嗎?
（11）石墨烯
石墨烯是一種只有單層原子厚度的平面二維結(jié)構(gòu)，由碳原子六邊形（蜂窩結(jié)構(gòu)）緊密排列構(gòu)成。
石墨烯的力學(xué)性引人矚目，它是人類已知強度最高的物質(zhì)，比金剛石更堅硬，強度比鋼鐵還要高100倍。一片石墨烯能夠承受相當(dāng)于一頭大象的重量。計算結(jié)果顯示，一頭大象需要站在鉛筆的末端，才能憑借體重刺破石墨烯片。假如利用石墨烯制造輪胎，也許開一百年也不需要更換輪胎，更沒有爆胎的危險！
（12）形狀記憶材料
這種形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。1932年瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應(yīng)，盡管這種合金開發(fā)迄今不過幾十年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。
不久和更遠的未來，在校準、振動控制、智能夾緊、扭矩傳遞、觸覺及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域、光熱控制、自我修護涂層和零部件以及智能輪胎上大有可為。
通用汽車公司研發(fā)中心執(zhí)行總監(jiān)Alan I.Taub說：“我們希望零部件都可以采用形狀記憶合金移入車內(nèi)�！北热纾很囬T鎖、車窗、風(fēng)擋雨雪刷以及液體噴射器�！巴ǔＮ覀冇秒姍C、電纜、操作桿或校準器等移動零部件，”Taub說：“現(xiàn)在我們更喜歡通過加熱鎳-鈦形狀記憶合金進行這一操作。記憶合金可以替代常規(guī)校準器，成本更低、重量更輕，需要的零部件及耗費的能源都更少。它還能讓我們將動力設(shè)備與零部件打包配置�！�
吉尼亞理工大學(xué)工程師DanielJ.Inman認為：可自行加熱的螺栓，配備了“加熱便還原（heat-to-recover）” 形狀記憶合金制成的墊片，能夠快速拆卸，重新安裝。多年來，Inman及其同事一直致力于自緊固螺栓系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)內(nèi)有“一個微縮芯片”監(jiān)視螺栓張力，如果感覺到螺栓松動，就會電阻加熱激活形狀記憶合金墊片，將螺栓緊起。
（13）變色材料
還在為買車時選錯顏色而苦惱嗎？還在為車子顏色看膩了而郁悶嗎？還在為車子顏色單一無法滿足你張揚的個性而焦躁嗎?未來這些困擾著你的問題都會因為一種材料而解決，這就是變色材料。
通常把在外界條件作用下能發(fā)生顏色改變的材料稱為變色材料。變色材料通常按照所受的刺激方式分為光致變色材料、熱致變色材料、電致變色材料和溶劑致變色材料4類。
變色材料已經(jīng)在我們周圍了，例如現(xiàn)在有的墨鏡就是一種光致變色材料，陽光越強，墨鏡越深。還有小時候玩過的變形金剛，狂派和博派的標志，也是一種熱致變色材料。
【運用在汽車上的新材料】相關(guān)文章：
公交車上小學(xué)作文03-14
關(guān)于提高考試運的方法01-16
福滿門,運滿身黑板報03-15
運維工程師述職報告02-28
享受過程新材料作文導(dǎo)寫及例文12-06