【复合材料】

美国橡树岭国家实验室的科学家们利用新技术制造了一种复合材料，可以提高铜线的电流容量，从而提供了一种可以按比例缩放以用于超高效、高功率密度的电动汽车牵引马达的新材料。

这项研究旨在减少阻碍电动汽车广泛应用的障碍，包括降低拥有成本，改善电动机和电力电子设备等组件的性能和寿命。该材料可以部署在任何使用铜的组件中，包括更高效的母线和用于电动汽车牵引逆变器以及用于无线和有线充电系统等应用的较小连接器。

为了生产重量更轻、性能更好的导电材料研究人员将碳纳米管沉积在扁平的铜基板上，形成了一种金属基质复合材料，其电流处理能力和机械性能均比单独使用铜更好。

在铜基体中加入碳纳米管以提高导电性和机械性能并不是一个新主意。碳纳米管因其重量轻、强度高和导电性能而成为绝佳的选择。但是其他研究人员过去对复合材料的尝试导致材料长度非常短，只有微米或毫米，加上有限的可伸缩性，或较长的材料性能很差。

小组决定尝试使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，当液体喷射通过电场时产生纤维。化学科学部的研究员解释说，该技术可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的将碳纳米管定向到一个大致方向，以促进电流的流动。

然后，该团队使用了磁控溅射（一种真空镀膜技术）在碳纳米管镀膜的铜带上添加薄层铜膜。然后将涂覆的样品在真空炉中退火，形成致密、均匀的铜层，从而产生高导电的铜-碳纳米管网络，并允许铜扩散到碳纳米管基体中。

利用这种方法，科学家创造了一种长10厘米，宽4厘米的铜-碳纳米管复合材料，其具有出色的性能。材料的微观结构特性由美国能源部科学用户设施的纳米材料科学中心的仪器进行分析。

研究人员发现，与纯铜相比，该复合材料的电流容量提高了14％，机械性能提高了20％。

该项目的首席研究员说：“通过将碳纳米管的所有出色特性嵌入到铜基体中，我们的目标是提高机械强度、减轻重量和提高电流容量。然后，您将获得更好的导体，且功耗更低，从而提高了设备的效率和性能。例如，性能的改善意味着我们可以减小体积并提高先进电机系统的功率密度。”

这项工作建立在超导研究历史悠久的基础上，该研究已经生产出了低电阻导电的优良材料。该实验室的超导导线技术已授权给几家工业供应商，可实现高容量电力传输，同时将功率损耗降至最低。

研究人员说，虽然新的复合材料的突破对电动机有直接影响，但在效率、质量和尺寸是关键指标的应用中，也可以改善电气化。他说，通过商业可行性技术实现的性能特性改善，意味着为各种电气系统和工业应用设计高级导体的新可能性。

小组还在研究使用双壁碳纳米管和其他沉积技术（例如超声波涂层与辊对辊系统结合使用）可生产长度约1米的样品。

负责人指出:“电机基本上是金属-钢片和铜绕组的结合。”“为了实现美国能源部汽车技术办公室2025年的电动汽车目标，我们需要将电力驱动器的功率密度提高，并将电动机的体积减少8倍，这意味着要改善材料性能。”

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