納米材料在汽車中的應(yīng)用

11三月2024納米材料在汽車中的應(yīng)用在中的應(yīng)用主講人：應(yīng)化三班王迷霞納米材料汽車納米技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了汽車的全部,比如車身、底盤、內(nèi)裝、輪胎、傳動系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等均可因納米技術(shù)的應(yīng)用而產(chǎn)生不同的功能特性;納米技術(shù)在汽車材料上的廣泛應(yīng)用,將使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍;汽車輪胎變得五顏六色;汽車尾氣排放將進(jìn)一步改善。1納米車用塑料納米塑料可以改變傳統(tǒng)塑料的特性,呈現(xiàn)出強(qiáng)度高、耐熱性強(qiáng)、比重更小等優(yōu)異物理性能以及良好的透明度和較高的光澤度。吸引汽車業(yè)的納米功能塑料有阻燃塑料、增強(qiáng)塑料、抗紫外線老化塑料、抗菌塑料等。2003年12月,中國科學(xué)院化學(xué)所工程塑料國家重點(diǎn)實(shí)驗室成功利用插層復(fù)合技術(shù),將我國豐產(chǎn)的一種天然納米材料———蒙脫土均勻分散到聚合物中,從而形成納米塑料。目前應(yīng)用于汽車的納米塑料產(chǎn)量最大的是納米尼龍,占絕對主導(dǎo)地位,其次是納米聚烯烴。另外,還有納米聚酯、納米紫外固化丙烯酸酯樹脂、納米聚酰亞胺、納米聚甲醛等。它們具有良好的耐熱性和力學(xué)性能。美國通用汽車(GM)公司開發(fā)出第一個納米聚烯烴部件,該公司與樹脂生產(chǎn)廠Basell公司、粘土生產(chǎn)廠Southern粘土產(chǎn)品公司三家經(jīng)過4年合作開發(fā)的聚丙烯納米復(fù)合材料用于汽車上車踏板。納米粘土含量2%～3%,可取代20%～30%滑石填充聚丙烯,而且輕20%,收縮率更小,低溫韌性更佳;納米聚丙烯剛性高,可減薄制品厚度因而縮短成型時間,從兩個方面降低制品成本。2004年5月,美國通用汽車和蒙特北美公司成功開發(fā)出新一代納米塑料材料——聚烯烴熱塑性彈性體。它是一種高性能聚烯烴品,在常溫下成橡膠彈性,具有密度小、彎曲大、低溫抗沖擊性能高、易加工、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。其在車內(nèi)應(yīng)用的最大潛在市場是取代聚氯乙烯應(yīng)用于大型配件,與聚氯乙烯相比,除了可回收外,還有長期耐紫外線、色澤穩(wěn)定、質(zhì)量較輕等優(yōu)點(diǎn)。業(yè)內(nèi)專家預(yù)測,在未來20年內(nèi),納米級復(fù)合材料配件將大量取代現(xiàn)有的車用塑料制品。在汽車外裝件中,主要用于保險桿、散熱器、底盤、車身外板、車輪護(hù)罩、活動車頂及其它保護(hù)膠條、擋風(fēng)膠條等;在內(nèi)飾件中,主要用于儀表板和內(nèi)飾板、安全氣囊材料等。2輪胎納米橡膠材料汽車用橡膠材料以輪胎的用量最大。在輪胎橡膠生產(chǎn)中,橡膠助劑大部分成粉體狀。以粉體狀物質(zhì)而言,納米化是現(xiàn)階段的主要發(fā)展趨勢。目前世界上著名的輪胎制造廠均逐漸用白炭黑來代替炭黑制造綠色輪胎和節(jié)能輪胎。新一代納米技術(shù)已成功運(yùn)用其它納米粒子作為助劑,而不再局限于使用炭黑或白炭黑,最大的改變是輪胎的顏色已不再僅限于黑色,而能有多樣化的色彩。另外無論在強(qiáng)度、耐磨性或抗老化等性能上,新的納米輪胎均較傳統(tǒng)輪胎優(yōu)越,例如輪胎側(cè)面膠的抗裂痕性能將由10萬次提高到50萬次。3碳納米材料碳納米管又名巴基管,是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的一維量子材料,具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。它可以在較低的氣壓下存儲大量的氫元素,利用這種方法制成的燃料不但安全性能高,而且清潔,在汽車工業(yè)將會有廣闊的應(yīng)用前景。我國科學(xué)家合成一種高質(zhì)量的碳納米管材料,使我國新型儲氫材料研究一舉躍入世界先進(jìn)行列。此種新材料能儲存和凝聚大量的氫氣,并可做成燃料電池驅(qū)動汽車。碳納米管比鋼要堅硬得多,比碳素纖維結(jié)實(shí)10倍。碳素纖維在汽車車身生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛,是汽車中的高檔材料,原來只在賽車上應(yīng)用,現(xiàn)在也只停留在高檔車上。假如碳納米管的生產(chǎn)成本降到一個比較合理的水平,就能在汽車應(yīng)用領(lǐng)域中大顯神威。94納米汽車發(fā)動機(jī)材料納米復(fù)合氧化鋯是目前最成功應(yīng)用在工業(yè)上的納米材料之一,海賽(天津)公司擁有4條生產(chǎn)線,年產(chǎn)復(fù)合氧化鋯能力為1200t。納米復(fù)合鋯系列材料顯著地提高了材料的耐高溫性能和導(dǎo)氧及儲氧功能,被廣泛應(yīng)用在歐美市場上最新汽車發(fā)動機(jī)及尾氣排放控制系統(tǒng)中。以納米鋯材料為基礎(chǔ)開發(fā)出的催化劑材料在催化性能及反應(yīng)器微型化方面同樣達(dá)到了國際先進(jìn)水平。5納米燃油裝置

2004年7月,我國專家成功研制出具有世界先進(jìn)水平的EPS納米燃油裝置。經(jīng)中、美兩國國家級研究院核物理中心散射技術(shù)分別反復(fù)測定,發(fā)現(xiàn)普通燃油內(nèi)含大于300nm的分子團(tuán)粒,經(jīng)EPS分解后,均成為小于3nm的納米級燃油。這個結(jié)論權(quán)威地證實(shí)納米燃油能充分燃燒的機(jī)理。該成果在我駐港部隊的車輛和西部汽車集結(jié)賽等得到證實(shí)。安裝EPS的車輛供給發(fā)動機(jī)的是優(yōu)質(zhì)高效環(huán)保的納米燃油,其尾氣排放降低50%～90%,更感覺動力增強(qiáng)、噪音降低,節(jié)油達(dá)15%～30%以上,少數(shù)油耗高的車型節(jié)油高達(dá)41%。3～5萬里后能有效抑制積炭生成,清潔燃燒室,使發(fā)動機(jī)的壽命明顯延長。116納米尾氣凈化催化劑納米粒子具有更強(qiáng)的催化性能。把汽車尾氣凈化劑中的常規(guī)稀土化合物換以稀土納米粒子后,能夠提高尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏霓D(zhuǎn)化率。最新研究成果表明,復(fù)合稀土化物的納米級粉體有極強(qiáng)的氧化還原性能,這是其他任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它的應(yīng)用可以徹底解決汽車尾氣中一氧化碳和氮氧化物的污染問題。而更新一代的納米催化劑,將在汽車發(fā)動機(jī)氣缸里發(fā)揮催化作用,使汽油在燃燒時就不產(chǎn)生一氧化碳和氮氧化物,也就無需進(jìn)行尾氣凈化處理了。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)院在納米二氧化鈦的研究方面取得了突破。采用武漢大學(xué)專利技術(shù)生產(chǎn)納米級二氧化鈦,其成本只有國外成本的1/4左右。日本已在高速公路兩側(cè)和隧道內(nèi)設(shè)置涂覆了納米級二氧化鈦的光催化板,用以除氮氧化物,防汽車尾氣。目前,世界上僅有少數(shù)幾家公司能夠生產(chǎn)納米級二氧化鈦。汽車尾氣排放管7納米乳化劑

納米乳化劑是應(yīng)用高科技的納米粒子的獨(dú)特物化性能,配以化工原料制作的。它將納米粒子、有機(jī)膠體加入去離子蒸餾水混合、碾壓攪拌,并加氧化劑、防腐劑攪拌制成燃油納米節(jié)能素,用此產(chǎn)品調(diào)制的燃油穩(wěn)定性好、節(jié)油率高達(dá)10%～25%,在加水20%的情況下,其燃燒值不變,爐膛不腐蝕、不結(jié)膠,燃燒充分,大大地減少了對環(huán)境的污染,開創(chuàng)了燃油乳化技術(shù)的先河。目前我國已經(jīng)研制出一種用納米技術(shù)制造的乳化劑,以一定比例加入汽油后,可使像桑塔納一類的轎車降低10%左右的耗油量。納米柴油微乳化劑8納米潤滑劑摩擦和磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象。摩擦損失了世界一次性能源的三分之一以上,磨損是材料與設(shè)備破壞和失效的三大形式之一,而潤滑則是降低摩擦、減小或避免磨損的最有效技術(shù)。如果用納米材料作為潤滑劑,有關(guān)部件就不需頻繁替換,交通工具使用壽命會更長。美國開發(fā)的并正在國內(nèi)推廣的PreciousShellERPC殼寶汽車抗磨劑是最新一代納米級潤滑劑。這是一種單分子碳?xì)浠衔锏募冇推贰⒏邼饪s、特耐磨抗磨劑。這種汽車抗磨劑不會被機(jī)油稀釋,直接作用于機(jī)件金屬表面,加入到汽車發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)內(nèi),起到防熱、防腐、抗金屬磨損,同時迅速起到修復(fù)金屬磨損表面的作用。當(dāng)汽車內(nèi)的金屬部件受到摩擦、受熱后,這種汽車抗磨劑利用其納米特性附于金屬表面,使其原本粗糙的表層變得特別光滑,形成的保護(hù)層膜更堅固、更平滑,從而達(dá)到延長汽車發(fā)動機(jī)使用壽命、節(jié)能的功效。

2004年6月,我國科學(xué)院鄭州化學(xué)物理研究所成功研制開發(fā)出“納米潤滑油節(jié)能抗磨添加劑”。納米銅潤滑油節(jié)能抗磨添加劑含有特殊技術(shù)制備的尺寸為2～7nm的有機(jī)、無機(jī)復(fù)合銅顆粒,具有平均可降低磨損20%～50%的優(yōu)異極壓抗磨性能、突出的減摩性能、優(yōu)良的抗氧化性能等特點(diǎn)。實(shí)驗室評定和實(shí)際行車試驗顯示,SJ級汽油機(jī)油中加入千分之一的納米銅潤滑油節(jié)能抗磨添加劑后,摩擦系數(shù)可降低30%,磨損可降低34%,燃油經(jīng)濟(jì)性提高5個百分點(diǎn),平均油耗可降低1.44%～3.09%。以色列的納米材料公司是一家以開發(fā)新材料在發(fā)動機(jī)、齒輪和傳輸系統(tǒng)方面的應(yīng)用為主業(yè)的高技術(shù)公司。這家公司與德國大眾汽車公司展開合作,在利用納米技術(shù)開發(fā)新型潤滑劑方面處于領(lǐng)先地位。他們成功地開發(fā)了能夠應(yīng)用于汽車機(jī)械部件的干性潤滑劑材料,可以使汽車機(jī)械系統(tǒng)中所使用的材料的摩擦損耗減少到非常小。安耐馳汽車抗磨劑159汽車尾氣檢測裝置！英國科學(xué)家研制出一種納米技術(shù)制作英國科學(xué)家研制出一種納米技術(shù)制作的汽車尾氣光譜分析檢測裝置,不僅可以快速判斷汽車尾氣排放是否達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),而且還能分析尾氣成分,幫助駕駛員掌握汽車的運(yùn)行狀況。該裝置還具有動態(tài)檢測能力,即使汽車以100km/h的速度行駛,也能進(jìn)行檢測,精度可達(dá)10億分之一。的汽車尾氣光譜分析檢測裝置,不僅可以快速判斷汽車尾氣排放是否達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),而且還能分析尾氣成分,幫助駕駛員掌握汽車的運(yùn)行狀況。該裝置還具有動態(tài)檢測能力,即使汽車以100km/h的速度行駛,也能進(jìn)行檢測,精度可達(dá)10億分之一。汽車尾氣分析儀

1710納米汽車漆汽車烤漆的剝落與老化是造成汽車美觀程度變差的主要因素,其中又以老化為棘手且難以控制的變量。影響烤漆老化的因素很多,但其中最關(guān)鍵的當(dāng)屬太陽光中的紫外線,如同上一小節(jié)所述,紫外線容易使材料的分子鏈斷裂,進(jìn)而使材料性能老化,高分子塑料如是,有機(jī)涂料亦如是。目前最能有效遮蔽紫外線的材料,首推TiO2納米粒子。納米TiO2的光學(xué)效應(yīng)隨粒徑而變,尤其是納米金紅石型TiO2具有隨角度變色效應(yīng),是汽車烤漆中最重要和最有發(fā)展前途的改質(zhì)材料。納米TiO2對紫外線的屏蔽以散射為主,粒徑是影響散射能力的重要因素之一。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所成功地研制出同時具有抗菌、防霧、防霉、自潔、光催化分解污染物等多重功效的新型光觸媒涂料。該種涂料中的主要功能成分為納米TiO2及其銀系復(fù)合物。11納米汽車玻璃貼膜特福萊在2004年夏季到來之時向中國市場推出了納米陶瓷防爆太陽膜。其最大的特點(diǎn)就是將該產(chǎn)品中的金屬層中的金屬顆粒加工成納米級別,擁有納米級別的金屬顆?？梢院芷交胤植荚诮饘賹颖砻?使其在隔熱的同時透明。根據(jù)簡單的光學(xué)原理,越平滑的表面其折射效果越好,特福萊納米陶瓷防爆太陽膜正是這一原理的體現(xiàn),納米級別的金屬顆粒阻擋了大部分的有害光源不能進(jìn)入車內(nèi),從而起到了很好的降溫作用。另外,運(yùn)用了納米陶瓷技術(shù)的防爆太陽膜其拉伸性和耐劃損性增強(qiáng),并且金屬顆粒的納米壓制和納米陶瓷顆粒的灌入,八層構(gòu)成膜在壓制過程中達(dá)到了納米級別,增加了耐拉性和穩(wěn)定性,從而提升了意外發(fā)生時汽車的安全水平,使汽車玻璃在破碎時不會產(chǎn)生飛濺,進(jìn)一步保護(hù)了駕乘人員的人身安全。12納米鏡面臘

鏡面臘中的納米微?？梢詫⒉卦诩?xì)微傷痕里的臟物、水垢清除干凈,使車漆表面平滑無瑕,再在平滑的車漆面形成一層光硬化樹脂蠟被膜,起到防輕度劃傷并長期防酸雨、紫外線等有害物質(zhì)的作用。這種蠟?zāi)軌蚯宄趸ず蜏u紋,防止交通膜的生成,長期保持瀉雨瀉水效果,水珠迅速滑離車體,水垢難以形成,臟物難以附著,易于清洗。其中一種防水鍍膜的保養(yǎng)用品內(nèi)含超級合成聚合物和硅樹脂,形成聚合物涂層,長期保持瀉水防水達(dá)8個月,能夠有效長期地保護(hù)漆面,特別適用于多雨、多霧、沿海和受污染的地區(qū)。21風(fēng)靡全球的納米技術(shù)早在１９５９年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎金獲得者理查德·費(fèi)曼預(yù)言，“人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品?！苯裉?，費(fèi)曼這個預(yù)言已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)，這就是現(xiàn)在風(fēng)靡全球的納米技術(shù)。世界上最小汽車美國賴斯大學(xué)的科學(xué)家近期利用納米技術(shù)制造出了世界上最小汽車。和真正的汽車一樣，這種納米車擁有能夠轉(zhuǎn)動的輪子。只是它們的體積如此之小，甚至即使有兩萬輛納米車并列行駛在一根頭發(fā)上也不會發(fā)生交通擁堵。車身雖小，部件齊全整輛納米車對角線的