石墨烯：可以改变汽车的突破性材料

使用石墨烯的复合材料汽车零部件有望在七到八年内推向市场，并可能导致更轻便，更节能的汽车的开发。

这就是桑德兰大学（University of Sunderland）的期望，该大学正在牵头一个促进革命性材料的财团。目前，它正在日本开展试验工厂。

该大学的科学家一直在研究石墨烯。石墨烯以某种方式添加到碳增强塑料中后，意味着使用这种材料制成的保险杠能够吸收比标准产品多40％的能量。这可能导致创造出更轻，更安全的汽车。

近年来，许多组织已经认识到石墨烯的潜力。固特异谈到了在2016年展示的Eagle 360球形轮胎概念的胎面中使用它来创建微型传感器。沃里克的高级推进中心最近举行了一次研讨会，召集专家们讨论石墨烯的潜力，该石墨烯于2004年在曼彻斯特大学首次被分离出来。

但是，桑德兰大学声称是第一家对这项技术进行物理测试，而不是从理论上简单地对其进行表述，并且走得很远，甚至开始对该过程的某些部分申请专利。

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石墨烯是通过分解石墨（与铅笔中使用的材料相同）而制成的，产生的材料厚一原子，比头发薄一百万倍。当变成粉末时，可以将少量的碳纤维仍处于液态时与用于浸渍碳纤维的热固性树脂混合。

热塑性材料可以使用相同的技术，热塑性材料可以在热时成型，而在冷却时变硬。在这种情况下，石墨烯在熔化时会与塑料混合。

当用于任何类型的碰撞结构或保险杠时，碳纤维会吸收能量，因为它会破碎。适量添加石墨烯可改善此特性，并赋予材料其他性能。

桑德兰大学汽车复合材料教授艾哈迈德·埃马拉克比（Ahmed Elmarakbi）说：“材料的组合产生了一种吸收一定载荷的韧性，因此它介于碳纤维和金属之间。”该工艺也可以与玻璃增强塑料（玻璃纤维）一起使用。

大学的最终保险杠设计由两个部分组成。外壳由碳纤维增强的环氧树脂和石墨烯混合物制成。加强筋由玻璃纤维制成，并用热塑性塑料与石墨烯混合而成。

“无论我们现在使用什么，我们都可以减少使用，” Elmarakbi说。“在多层层压板很多的地方，我们可以使用石墨烯获得更好的性能。”如果我们想要相同的性能，则可以使用更少的层。

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“除了减轻重量之外，这还可以通过减少制造碳纤维所需的碳纤维数量，使碳纤维组件的成本效益大大提高。”

在准备生产材料时仍然存在一些挑战。将石墨烯粉末在整个聚合物中均匀混合非常重要，因为石墨烯团块会削弱成品，并且已在该领域申请了专利。使用过多的石墨烯会使组件变得太坚固，传输的能量过多而不是吸收能量，而过少的石墨烯则会使其变得太弱。

一旦完善，该材料可潜在地用于各种应用中。“它可以替代车辆的许多不同部件，” Elmarakbi说。“结构部件，门，底盘-钢或铝制结构的任何部分都可以更换。”

该材料还可用于制造轻质电池。“我们可以制造尺寸为50％的电池，并获得相同的容量，” Elmarakbi说。高能量密度，重量轻的电池制造起来也将便宜得多，其中某些组件的成本降低了90％。

由桑德兰大学领导的财团的其他各方包括五个欧洲合作伙伴，同时菲亚特克莱斯勒汽车公司的一部分的Centro Ricerche Fiat也提供了支持。