在汽車的發(fā)展當(dāng)中，新材料的應(yīng)用不可或缺，從最開始的金屬車身結(jié)構(gòu)、發(fā)展到現(xiàn)在的碳纖維復(fù)合材料車身結(jié)構(gòu)，都展現(xiàn)著材料的變化。今天我們就來看看有這些在汽車以及整個行業(yè)當(dāng)中所應(yīng)用的新材料有哪些？1974年的某一天，日本松下電器產(chǎn)業(yè)中央研究所的研究人員，把鈦～錳合金和氫氣一起裝入容器后，驚奇地發(fā)現(xiàn)氫氣的壓力居然從1013．325kPa降到101．325kPa，所減少的氫氣是被鈦一錳合金“吃掉”了，而且“胃口”相當(dāng)大，被鈦一錳合金吃進(jìn)的氫氣要比它本身大1000至3000倍。由于這種合金在一定溫度和壓力下，會像海綿吸水那樣大量吸氫，故稱為“貯氫合金”或“氫海綿”。
研究進(jìn)展：已研制成功多種貯氫合金，如TiFe、ZrMn 、LaNi 等，它們既可儲存氫氣，也可放出氫氣。研究人員還研制用貯氫合金凈化或提純氫；設(shè)想把貯氫合金引入汽車和廚房設(shè)備作為氫燃料，既環(huán)保又高效。應(yīng)用領(lǐng)域：氫動力電池車氫氣的貯存、凈化和回收、氫燃料發(fā)動機(jī)、熱—壓傳感器和熱液激勵器、氫同位素分離和核反應(yīng)堆中的應(yīng)用、空調(diào)、熱泵及熱貯存、加氫及脫氫反應(yīng)催化劑、氫化物—鎳電池。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時不遠(yuǎn)了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
研究進(jìn)展：石墨烯微片規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，石墨烯微片下游運用研發(fā)成果層出不窮。單層石墨烯規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)尚未實現(xiàn)。應(yīng)用領(lǐng)域：未來5年將在汽車電池、光電顯示、半導(dǎo)體、觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、半導(dǎo)體、航天、軍工、復(fù)合材料、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)⒈l(fā)式增長。OLED的研究產(chǎn)生起源于一個偶然的發(fā)現(xiàn)。1979年的一天晚上，在 Kodak公司從事科研工作的華裔科學(xué)家鄧青云博士（Dr.C.W.Tang）在回家的路上忽然想起有東西忘記在實驗室里，回去以后，他發(fā)現(xiàn)黑暗中有個亮的東西。打開燈發(fā)現(xiàn)原來是一塊做實驗的有機(jī)蓄電池在發(fā)光。這是怎么回事？OLED研究就此開始，鄧博士由此也被稱為OLED之父。
研究進(jìn)展：OLED的產(chǎn)品已從試驗室走向了市場。從1997～l999年，OLED顯示器的惟一市場是在車載顯示器上，2000年以后，產(chǎn)品的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到手機(jī)顯示屏。OLED在手機(jī)上的應(yīng)用又極大地推動其技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，對現(xiàn)有的LCD、LED和VFD提出強有力的挑戰(zhàn)。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車顯示屏、3G通訊領(lǐng)域、軍事及特殊用途、柔軟顯示器多種領(lǐng)域。
1911年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯在研究金屬汞的低溫性時，發(fā)現(xiàn)在4K時水銀的電阻驟然降到一個很小的數(shù)值(10 )，當(dāng)他在水銀中加入大量雜質(zhì)后，對其在液氦溫度下向極小電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變并沒有發(fā)生什么影響。這表明在低溫下某些固體電阻趨于零是這些固體固有的物理性質(zhì)。通過實驗發(fā)現(xiàn)了某些固體在低溫下電阻接近于零。電流在這些固體中流動時就沒有阻力，不耗損電能。昂納斯于1913年首次稱這種狀態(tài)為超導(dǎo)態(tài)，因此昂納斯教授獲得了1913年諾貝爾物理學(xué)獎。人們把這種零電阻現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，把具有超導(dǎo)性的物質(zhì)叫做超導(dǎo)材料。
研究進(jìn)展：目前已相繼發(fā)現(xiàn)28種(金屬元素或單質(zhì))具有超導(dǎo)性，如鋯、鉬、鈮等；超導(dǎo)化合物和超導(dǎo)合金有幾千種，如鑭鋇銅氧化物、鈮鍺合金等。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車領(lǐng)域、超導(dǎo)計算機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)電車、電磁推進(jìn)船、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)發(fā)動機(jī)以及無損耗變壓器。1920年德國研究人員羅森海因在對鋅一鋁一銅合金進(jìn)行研究時，發(fā)現(xiàn)這種合金與一般金屬不同，經(jīng)過冷軋后，具有暫時的很高的塑性。當(dāng)時被工程技術(shù)界認(rèn)為是一種奇異現(xiàn)象。1945年前蘇聯(lián)學(xué)者包奇瓦爾，對這一奇異現(xiàn)象深入探究，并在許多有色金屬合金中，發(fā)現(xiàn)了延展性特別顯著的奇異現(xiàn)象。
研究進(jìn)展：目前，世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)200多種超塑性合金，如超塑銅合金(Cu一38Zn)、超塑鋅合金(Zn一22Al一0．2Cu)、超塑鋁合金(A1—6Cu—Zr)等。應(yīng)用領(lǐng)域：用于制造汽車、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星的復(fù)雜器件、電子儀器零件、汽車外殼等。2O世紀(jì)5O年代初，英國人在研究合金時，無意將含有8O錳的錳一銅合金鑄塊掉在地上，實驗人員只聽到微弱的聲響，出乎意料的現(xiàn)象引起他們的極大興趣，對其進(jìn)行了深入的研究，終于獲得了具有減振特性的錳～銅一鋁一鐵一鎳合金，并稱它為“無聲合金”或“減振合金”。
研究進(jìn)展：現(xiàn)已有數(shù)十種減振合金問世，如鈷鎳合金、鎂鋯合金、鎳鈦合金和鐵鋯鋁合金。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、宇宙航天、土木建筑、機(jī)械制造、火車車輪、家用電器等。1958年，美國海軍軍械實驗室冶金師布勒在研究鎳一鈦合金時意外發(fā)現(xiàn)，在不同溫度下鎳一鈦合金棒相碰撞發(fā)出清脆的聲音，而冷卻到室溫后，則發(fā)出喑啞遲鈍的聲音。他敏銳地意識到，溫度對合金的組織結(jié)構(gòu)和硬度可能有很大影響。I963年，在一次實驗中，他從庫房中領(lǐng)取了彎彎曲曲的鎳一鈦合金絲，使用起來不方便，所以實驗前把這些合金絲一根根拉直，然后做實驗。令人驚異的怪現(xiàn)象出現(xiàn)了，實驗溫度升高到一定值時，這些原來拉直的合金絲突然無一例外地全部變成彎彎曲曲的形狀。反復(fù)實驗結(jié)果相同。他們還發(fā)現(xiàn)不論把鎳一鈦合金絲拉得多么直，當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值，即轉(zhuǎn)變溫度時，就會恢復(fù)原來的彎曲形狀?？茖W(xué)家把這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)，具有這種效應(yīng)的合金稱為形狀記憶合金，簡稱“記憶合金”。
研究進(jìn)展：科學(xué)家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進(jìn)一步研究開發(fā)了欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如:銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、生物工程、醫(yī)藥、能源和自動化等方面也都有廣闊的應(yīng)用前景。1970年的一天，日本筑波大學(xué)的白川英樹教授讓他的一位朝鮮籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于這位學(xué)生日語不太好，聽錯了導(dǎo)師對實驗中應(yīng)加催化劑量的要求，結(jié)果加入了應(yīng)使用催化劑用量的近1OO倍，然而這一錯誤竟帶來了奇跡，得到了一種銀光閃閃的薄膜，有一點導(dǎo)電性，很像金屬。實際上聚乙炔應(yīng)該是一種黑色的粉末。由于白川英樹教授深知個人的力量不足以解決許多邊緣問題，公開聲明愿與各行各業(yè)的科學(xué)家合作。1977年白川英樹在與美國賓夕法尼亞大學(xué)的物理教授麥克第阿密特研究這種塑料薄膜時又發(fā)現(xiàn)，若在乙炔的聚合過程中摻入碘，所得的聚乙炔呈金黃色，導(dǎo)電能力提高了3千萬倍。
研究進(jìn)展：前聯(lián)邦德國的納爾曼教授用白川英樹催化劑體系獲得聚乙炔后，立即進(jìn)行特殊的熟化和拉伸取向處理，再給聚乙炔薄膜摻雜，結(jié)果得到的材料比摻碘的電導(dǎo)率又提高了3個數(shù)量級。納爾曼的聚乙炔導(dǎo)電能力與銅相近了。現(xiàn)已用導(dǎo)電聚合物制成發(fā)光二級管，還在傳感器、電磁屏蔽、催化等方面大顯身手。應(yīng)用領(lǐng)域：抗靜電添加劑、計算機(jī)抗電磁屏幕、智能窗、發(fā)光二極管、太陽能電池、移動電話、微型電視屏幕乃至生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。1959年，美國加州理工大學(xué)的Duwez在研究晶體結(jié)構(gòu)和化合價極其不同的兩個元素能否形成固溶體時，偶然發(fā)現(xiàn)了這種新材料。他將高溫金—硅合金熔體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上，以每秒一百萬度的冷卻速度快速冷卻熔體，第一次制備了不透亮的玻璃。當(dāng)時的一位物理學(xué)家看到這種材料時，曾嘲諷地說這是一種“愚蠢的合金”。
研究進(jìn)展：金屬玻璃是迄今為止最強的金屬材料和最軟的金屬材料之一，最強的鈷基金屬玻璃的強度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的6.0GPa，最軟的鍶基金屬玻璃的強度低至300MPa；應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、航天方面，現(xiàn)在衛(wèi)星收集太陽能維持運轉(zhuǎn)的伸展機(jī)構(gòu)；金屬玻璃可用來制造動能破甲、穿甲彈。電壓變壓器芯體；手表表殼、高檔手機(jī)、手提電腦外殼，以及在汽車重要部件上的應(yīng)用。開發(fā)者 Jeannette Garcia正在開發(fā)另一種塑料，突然間容器里的溶劑變硬了。最后她將容器用鐵錘砸破，但那個神秘的材料竟然沒有損壞。她不知道如何復(fù)制這種塑料，所以她加入了IBM的計算機(jī)化學(xué)小組，并用IBM的超級電腦反推制備過程，最終得到了反應(yīng)機(jī)制，這種塑料叫做PHT。研究進(jìn)展：這是一種全新的塑料，或者更準(zhǔn)確地說是一種聚合物，其硬度強于骨骼，重量與同體積普通塑料類似，具備重新塑形的能力，并且100%可回收再利用。應(yīng)用領(lǐng)域：新聚合物材料潛在用途極為廣泛，在汽車制造、航空航天、新、半導(dǎo)體等行業(yè)。1938年化學(xué)家羅伊·普朗克特本希望能生成一種新型碳氟化合物，他返回實驗室，查看他在冷凍室里進(jìn)行的一項試驗。他檢查一個本應(yīng)該充滿氣體的容器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣體都已消失了，僅在容器壁上留下一些白點。普朗克特對這些神秘的化學(xué)物非常感興趣，又開始重新做實驗。最終這種新物質(zhì)被證實是一種奇特的潤滑劑，熔點極高，非常適合使用在軍用設(shè)備上?，F(xiàn)在這種物質(zhì)被廣泛應(yīng)用在不粘鍋上。研究進(jìn)展：以成功研制一系列聚四氟乙烯不粘涂料，廣泛用作耐高低溫、耐腐蝕材料，絕緣材料，防粘涂層等。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車密封圈、軸承、儀器、儀表、建筑、紡織、金屬表面處理等。在第一次世界大戰(zhàn)時期，一位金屬專家受命研究槍筒在射擊過一段時間以后因發(fā)生“銹斑”而損壞的問題。在研究中他采用幾種新型合金鋼的含鉻量很高。但是用這種新“鉻鋼”制造的槍筒，在開了第一槍后就成了碎片。碎片被扔進(jìn)了廢料堆，過了一兩個星期，這位專家注意到，在那些生銹的廢金屬片中，那根鉻鋼槍筒的碎片仍然象原來一樣，閃閃發(fā)亮?！安讳P鋼”的巨大優(yōu)點就是從這個偶然中發(fā)現(xiàn)出來的。研究進(jìn)展：目前有一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、建筑應(yīng)用、食品加工、餐飲、釀造和化工領(lǐng)域。1906年德國科學(xué)家威爾姆打算觀察熱處理對一種含銅 3.5％，鎂0.5％的鋁合金的影響。但處理后的合金并不如所希望的那樣硬化。他把合金隨手扔在了一邊。但幾天后他懷疑自己的試驗，于是決定重做一遍。結(jié)果他吃驚地發(fā)現(xiàn)幾天前處理過的合金的強度和硬度已經(jīng)大大增強。他因此而發(fā)現(xiàn)時效硬化現(xiàn)象，并制得硬鋁。研究進(jìn)展：熱處理可強化鋁合金，包括鋁-銅-鎂系和鋁-銅-錳系合金。這類合金強度和耐熱性能均好，但耐蝕性不如純鋁和防銹鋁合金。鋁-銅-鎂系中添加鐵和鎳，可發(fā)展為鍛造合金，有良好的高溫強度和工藝性能。鋁-銅-錳系合金的工藝性能良好，易于焊接，主要用于耐熱可焊的結(jié)構(gòu)材料和鍛件。應(yīng)用領(lǐng)域：該類合金廣泛應(yīng)用于各種構(gòu)件和鉚釘材料。在汽車、造船、建筑等部門也大量應(yīng)用。1980年的一天，德國物理學(xué)家格萊特（grant）到澳大利亞旅游，當(dāng)他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時，空曠、寂寞和孤獨的環(huán)境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長期從事晶體材料的研究，了解晶體的晶粒大小對材料的性能有很大的影響，晶粒越小，強度就越高。格萊特上面的設(shè)想只是材料的一般規(guī)律，他的想法一步一步地深入，如果組成材料的晶體的晶粒細(xì)到只有幾個納米大小，材料會是個什么樣子呢？或許會發(fā)生“翻天覆地”的變化吧！格萊特帶著這些想法回國后，立即開始試驗，經(jīng)過將近4年的努力，終于在1984年制得了只有幾個納米大小的超細(xì)粉末，包括各種金屬、無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的超細(xì)粉末。研究進(jìn)展：納米技術(shù)基礎(chǔ)理論研究和新材料開發(fā)等應(yīng)用研究都得到了快速的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數(shù)幾個國家初步實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫(yī)療診斷材料等產(chǎn)品仍處于開發(fā)研制階段。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車制造、傳統(tǒng)材料、醫(yī)療器材、電子設(shè)備、涂料等。1903年的一天，法國化學(xué)家貝內(nèi)迪克蒂斯做完了實驗，在清掃實驗室時，不慎將1支平底燒瓶從3m高的儀器架上碰落下來，掉到地面上并沒有摔碎，只是布滿了裂紋。因忙于其他實驗，給這只燒瓶貼上紙條放在墻角。不久，貝內(nèi)迪克蒂斯在報紙上看到一則車禍消息：一輛公共汽車撞在建筑物上，車窗玻璃的碎片擊傷了司機(jī)和乘客。記者呼吁急需研制一種碎了也不傷人的車窗玻璃。于是，貝內(nèi)迪克蒂斯立即拿出放在墻角貼有紙條的燒瓶著手研究。他發(fā)現(xiàn)這是一只裝過硝化纖維溶液的燒瓶，瓶壁上有一層膠膜，所以沒有跌碎。由此，他深受啟發(fā)，聯(lián)想到讓膠膜和玻璃“緊密結(jié)合”，研制出了一種新型的“夾層玻璃”研究進(jìn)展：目前已成功開發(fā)多種夾層玻璃。根據(jù)中間所夾材料不同，可分為：夾紙、夾布、夾植物、夾絲、夾絹、夾金屬絲等眾多種類；根據(jù)夾層間的粘接方法不同，可分為：混法夾層玻璃、干法夾層玻璃、中空夾層玻璃；根據(jù)夾層的層類不同，可分為：一般夾層玻璃和防彈玻璃。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車擋風(fēng)玻璃、航空擋風(fēng)玻璃、建筑玻璃。
來源 | 智享汽車新材料
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