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九种新材料改动将来制造业

公布日期:2017-1-18 14:56:13 会见次数:445

研究人员正在致力于开辟先辈的泡沫、涂料、金属和其他物资使我们的衡宇,汽车和电子产品更节能和环保。制造业的将来取决于一系列手艺打破,如机器人,传感器和高机能计较,等等。可是质料制造商利用什么机能的质料和如何来制备这些装备将具有十分的影响。新材料改动生产过程和终极利用成果。

《科学美国人》曾在特别报道“如何制造下一个大打破”中,展现了几个正在研发的新材料协助发明家和工程师开辟下一代手艺。这些身分包罗超绝缘气凝胶宇航服、建筑工程中的高韧性混凝土布料和可替代有毒塑料的庞大自然高分子材料。

超薄铂

未来,氢燃料电池汽车可作为干净的交通工具,但他们仍旧高贵的部门缘故原由是他们利用贵金属铂,增进电池内的化学反应,发生电能。快速而低成本的一种新方法堆积超薄层铂,可削减燃料电池中利用的金属催化剂,从而大大降低成本。当前使用石墨烯铂的次要办法——原子层堆积,低效而庞大。按照美国国家标准与手艺研究院原则,新方法例便宜且简单实现。从本质上讲,铂在溶液中消融,是经由过程瓜代正负电压在单原子层中堆积。经由过程反复可快速且轻松地构建随便原子层厚度。

大型磁铁

稀土质料由于具有非常好的磁特性,关于制备风力涡轮机,电动汽车和混淆动力汽车以及家用电子器件至关重要。可是同时他们也具有价钱敖贵和滥觞单一(只要中国有)的特性。但是,按照美国电子能源公司的动静,电动机利用磁铁将电能转换成机械能,一个很小尺寸的烧结的稀土磁体便可以发生十分壮大的磁场,这使制造商可以制备更小和更轻的汽车成为能够。这家公司曾经与美国特拉华大学研究人员协作以寻觅一种可以将稀土磁铁的电阻率提高最少30%的制备工艺。他们的目的是操纵电阻率增长的磁铁即便在汽车高速运转时也能低落发动机的服从丧失。上图即是块状的镀镍的钕磁铁,是世界上利用最普遍的一种稀土磁铁之一。

仿生学塑料

在家蝇和蚱蜢坚固的外骨骼中发明了一种天然虫豸表皮,它有充足轻的重量包管飞翔,充足薄以保障弹性和充足的强度以庇护它的身躯。这类表皮可以在不增长重量或体积的状况下给躯体供给庇护。哈佛大学生物工程研究所工程研究员发明了一种称之为Shrilk 的新材料以复制虫豸表皮的强度、耐用性和多功能性。Shrilk,之所以如许定名是由于这类质料包罗了从烧毁的虾壳(shrimp shells)和蚕丝(silk)卵白的蛋白质中提取出的壳质,可以用来制备能够疾速降解的垃圾袋,包装袋和尿布。

作为一种非常坚固,具有生物相容性的质料,它也可以被用于需求接受高载荷的伤口缝合,好比在疝修补大概用作构造再生的支架。

更自制的或更轻的碳纤维

将来的汽车需求高强度,重量轻的碳纤维复合材料构造来提高汽车服从和运转里程,可是低成本也是获得市场胜利的充实条件。一个由国度实验室,和在橡树岭国度实验室的碳纤维手艺中心事情的产业界和学术界工作人员配合构成的团队正在致力于克制低落碳纤维本钱的应战。美国能源局拨给了橡树岭国度实验室3500万美元的经费来成立和运转这个碳纤维手艺中心。这此中包罗了一个年产能25吨新碳纤维质料的小规模试验场。

纳米晶体设计师

三位芝加哥大学的化学家曾经发明了一个新方法装配他们称之为“原子设计师”的新型材料,它有宏大的潜能和能普遍地使用。这些设想原子为纳米晶体——细小晶体阵列充足小致使新的量子征象开端呈现,但尺寸也足以实现新功能质料和机能,这可用于搜集太阳能和实现量子计较。

坚固固体涂料

来自橡树岭和劳伦斯利弗莫尔国度实验室的工程师,科罗拉多矿业学院的和其他地方的工程师曾经设想出一种用于产业钻头,钻孔和刀具的耐极度状况,铁基的玻璃合金涂层,从而加强这些安装在高载荷状况下的断裂强度。纳米盾涂料——纳米尺寸十分坚固价钱其实不敖贵的激光堆积涂料的简称,它需求用激光熔化刀具和其它地道钻孔东西外表的合金粉末。这类涂层远比传统的像碳化钨钴质料自制,并且它们的运转期限更长,进而提高了地道钻头打孔的服从。

废料转化为能源热电手艺

西北大学和密歇根州立大学的科学家们展现了一种热电质料能高效转化废热为电能。这是好消息假如你考虑到快要三分之二的能源输入丧失作为废热。现有热电质料的低效率限定了他们的贸易用处。创纪录性、环保不变的办法估计将15 - 20%的废热转化成有效的电能,让更大的产业接纳热电手艺。废热收受接管体系能够毗连,比方,车辆排放或从玻璃制砖工场,炼油厂,化石燃料发电厂以及大型运输和油轮处置的排放。

导电油墨

量子-电子法可建造奇异但有效的内部绝缘、外表导电的半导体。质料大部分地区作为绝缘体,障碍电子运动,但是外表是非常好、像金属的导体,能让电子以近光速自在运动,不受凡是质料中障碍电子运动的杂质的影响。不含金属的导电油墨在印刷电子质料阐扬重要作用,应用于显示屏、传感器和电池。比方,伊利诺斯州大学的研究人员缔造了一个银基电动油墨在蒸发时留下导电质料陈迹。新配方比传统的电子墨水更易利用,与很多质料粘附性好,在较低温度下利用一个简朴的桌面装备就可打印。

真菌泡沫

从最后设想获得一种便宜的、绿色的以及泡沫聚苯乙烯的高效替代品,Ecovative设想公司经由过程农作物废物、动物的茎及大米和小麦壳以及紧连在一起的木须(菌丝)来制备蘑菇包装材料。公司今朝正操纵这些蘑菇质料来生产能够用于生物降解的替换者,使之可以降解汽车保险杠,门,屋顶,引擎室,行李箱衬垫,仪表盘和坐位内里利用的以石油为质料的塑料泡沫。另外一个潜伏的使用包罗桌面,冲浪板和衣服的降解。(工业经济论坛)

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