别再bibi碳纤维有多轻量化，碳纳米管面前简直弱爆了！| 知乎
如今各种各样的碳纤维部件早已不再是赛车的专利,在一些量产车上,如宝马i3或是雪佛兰科尔维特,你同样能轻松找到它们的身影。随着碳纤维的生产逐渐趋于低成本化,材料科学家则将眼光投向更远的发展方向。
下一个新发现会是什么?是否会有颠覆我们认知的突破性材料问世,它可超越碳纤维材质的强度和刚度,同时却仍可保持较轻的重量?
碳纳米管就是这样的新材料。想象一下,紧密排列在一起的碳原子组成了细小管道的管壁,而这样的小管道又构成了新材料的基本化学形态。
名字中的“纳米”毫不掩饰这些管道的数量级,即米的十亿分之一。每个碳纳米管的直径仅为1纳米,比碳纤维丝小了约2000倍。然而相比尺寸上的差异,新材料的晶体结构和物理特性更是和碳纤维截然不同。
在显微镜下,碳纳米管的原子排列紧密且井然有序,而碳纤维则被量子化学家称为“乱层”,意味着在层叠的组织结构中,每个碳原子被杂乱而随意地堆积在了一起。由于碳纳米管的晶体结构有序排列,让它成为人类已知的最强最坚硬的材料,其强度通常可达到碳纤维的20倍。
在实验室中,科学家利用激光将碳颗粒汽化,然后碳蒸汽在窑炉里形成了纳米管。当然这一制造过程绝不像听起来那么容易,目前科学家们正在努力寻找合适的途径,将这一纳米材料进行商业化开发。而其巨大应用潜力也逐渐被人们所熟知。
美国麻省理工学院机械工程系教授John Hart预言,如果纳米级材料能够运用于车辆生产过程,那么人们将可获得更轻的车身,更有效的废气催化转换装置,更轻薄的车漆,甚至动力系统的热效率也会显著提升。
位于俄亥俄州哥伦布市的Zyvex科技公司便是碳纳米科技的引领者,那儿的科学家们已经对工程纳米材料进行了数十年研究,涉及领域包括航空航天、船只、体育用品以及汽车应用。这家公司生产的Arovex便是经过碳纳米管和石墨烯(单层碳原子薄膜)强化的碳纤维复合材料。
Zyvex声称Arovex的抗断裂特性是普通碳纤维的两倍。而一些赛车车队则采用该公司的Epovex(一种通过碳纳米管增强的双环氧粘合剂)来修复受到撞击而被破坏的碳纤维部件。Epovex可提供高强度、耐剥离等特性,并具有非常灵活的应用空间。
更令人惊讶的还有Epovex的价格——差不多仅为每盎司1美元,该价格几乎和普通的超级胶相同。不过这并不表示经过碳纳米管增强的粘合剂可很快出现在你家附近的超市货架上。除非能够完全弄清纳米材料对人类健康到底会造成什么样的后果,否则它们只能老老实实待在美国国家环境保护局(EPA)和职业安全与健康管理局(OSHA)的观察名单里。
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