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陳光祖：沒有新材料應用，未來汽車將成空談

2023-07-20 15:30:06 作者：本網整理來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

近來，國際汽車界流行著對新興材料工程的一種形象說法：“一代新材料、一代新汽車。”汽車產業的現代化建設，離不開眾多高科技新興材料工程的支撐，可以說當代汽車產業在推動的新一輪產業革命中，它正扮演著基礎和先導的重要角色。

什么是新興的材料工程呢？

新興的材料工程指的是已出現和應用或正在研發中，擁有傳統材料不具備的優導性和特殊功能的材料，但它又突破了傳統材料的局限性，成為拓展汽車產業顛覆性創新驅動和巨大發展的推動力。

目前的新興材料工程有兩大類型：

一是在自然資源中新發現和應用的高水平新型材料；二是廣泛應用多種高科技手段，經過合成或加工的新型材料，往往是一種復合型材料，后者正在迅速發展中，將居主導地位。

新興材料工程的特征是：重點應用于汽車輕量化上，新材料應具有綠色、低碳、可循環利用，可回收的，無公害的材料性能；其結構應是多元化，多元素、多樣化的以復合組成方式出現。因此，它的跨界度很大，科技和信息融合度很高。

未來的應用范圍將不僅限于傳統汽車的改造升級，汽車發展新領域諸如新能源汽車，自動駕駛汽車上都將應用新材料。

新興材料有哪些？

液態金屬：又叫金屬玻璃，它是一種在低溫熔煉時，即行固化的非晶態金屬。液態金屬兼有金屬和玻璃的雙重性能，成為迄今為止十分強勁的一種材料，如一根 4mm 粗的液態金屬棒，可以懸吊起了 3 噸物體，并能在強酸，強堿環境中無損完好地運作，而它的硬度卻像玻璃那樣，十分堅硬具有相當好的耐磨性和耐用性。當前，跨國汽車廠商已將其用于制造高強度、抗耐磨、抗疲勞、抗腐蝕的汽車零件。

高檔次的碳纖維復合材料：是指含碳量高于 90% 的無機高分子纖維，其中含碳量達 99% 的叫石墨纖維。這種類型材料強度比一般的鋼還高、而彈性模量又很大、疲勞強度高、耐沖擊性能好、化學性能穩定、耐水耐濕氣好、摩擦系數小、耐高溫。在汽車上可用于制造車身、殼體、還可用于制造齒輪、軸承、密封圈、容器等零部件。應用碳纖維復合材料制造車身和框架，車身的重量可能比鋁合金車身還減輕 1/2，而強度則比常用的鋼材結實 10 倍。

精細工業陶瓷：原料是天然或人工合成的無機物構成，形成良好的導熱性、低熱膨脹、高剛度、硬度、強度和電學性能。在活塞頂部、氣門、增壓器、轉子、發動機排子管、氣缸套內壁等都噴涂上精細工業陶瓷，在很大程度上達到“節能減排”目的。在傳感器上也不少應用精細工業陶瓷，比如在難度較大的氧傳感器上應用，能很好提高檢測的靈敏度。

高分子材料：由相對分子質量較高的化合物構成的材料，如我們熟識的塑料、橡膠、纖維、涂料和高分子復合材料等，這些在汽車上應用較多。當前對高性能塑料、合成橡膠、生物纖維、納米纖維、新聚合物纖維、高質量涂料和黏合劑等都尋求在汽車領域深入應用。如塑料燃油箱已廣泛應用于乘用車上，這種高絕緣，耐高溫、沒有焊縫，可隨意改變形狀布置在底盤上，在萬一撞擊時也不易破裂，國內已大量生產供應。

超級的光電材料與器件：這些范圍較廣，包括半導體，超導、電阻、絕緣，軟磁、永磁、激光、測溫、聲學、電能、記憶，紅外光等等超功能的材料。光電材料和元器件面太廣寬，深度太大，只能從與汽車關系更為密切的半導體芯片來講。

從汽車微電子時代發展經歷來看與半導體的芯片有很大關系，大致可用五個階段來探索：

第一階段，1947 年半導體晶體管誕生，它體積小，效能高、功耗低、重量輕，這樣半導體晶體管在上世紀 70 年代相繼應用于汽車上，如晶體管收音機，電子點火控制器，交流發電機控制器等，打開了汽車電子序幕，屬于汽車電子初期應用年代。

第二階段，約在 80 年代末，由于微控制器的發明和應用，通稱單片機（MCU），這種高級芯片可以將計算機的微處理器（CPU）中不少元器件功能集中到新型的芯片上，大大提升了汽車電子器件的應用效率和功能，如汽車發動機電子噴油系統控制、自動變速箱電子控制、汽車防抱死系統、汽車穩定性控制系統、汽車電控懸架等，汽車電子進入微型化應用時代。

第三階段，90 年末，即單片機進入嵌入式應用年代，即電子元器件進入個性化應用年代，使電子控制專業化功能更加深透，應用水平更高，集成度，系統化控制水準更深。嵌入式微處理器也叫 SOC 單片機，從過去的 8 位機為主，進入了 16 位，32 位，個別 64 位高功能應用時代，可以按客戶對芯片個性化特色需求進行高功能芯片設計和供給。同時，智能互聯時代，SOC 在人、車、路協同運行上將發揮核心作用。

第四階段，即新世紀年代信息產業，包括大數據、云計算、大科學、移動互聯網眾多新興產業迅速驚人的發展，將可能出現金屬、陶瓷、聚合和復合物一類新型納米材料的芯片，迎接汽車廣義的電子控制的時代。

第五階段，未來光電芯片發展新階段。量子型計算機的出現，即利用光電效應和量子糾纏效應協同進行的極速計算，促使光電超導芯片的誕生，計算機數據不再是分步進行，而是同步計算，其運算速度比因特爾奔騰 4 芯片快 10億秒次。

納米材料：處于 1-100 納米之間的物體，在微電子、光電、化工、制造業、鋼鐵、航空、航天、醫學、陶瓷、復合材料、生態環境等諸多領域應用納米技術。

材料之王石墨烯：一種由碳原子緊密堆積和合成的二維晶體，堅硬透明度極好，又有韌性，電阻率極低，防水防熱。

已知石墨烯可應用在柔性觸摸屏、可穿載設備、電子信息、能源存儲、航空航天、太空服飾、集成電路與芯片、智能傳感器、超級電容、生物醫藥、防爆輪胎、健康衣服、防火衣等方面，前景寬廣。據了解它在鋰動力電池的負極，正極，高導電劑電解液，生物性兼容，防火性隔膜，還有高溫自閉性，可防火防爆，快速充電等項目應用都在研發中。

《中國制造 2025》規劃中，將石墨烯作為一種重要新材料，納入國家重點發展戰略中，2013 年 7 月《中國石墨烯產業技術創新聯盟》成立，力求促進石墨烯科研的資源優化組合和加快產業化進程，預計 2020 年將超過 1000 億元。

第三態金屬鈦合金：鈦的資源豐富，重量輕，比強度高，耐熱，耐蝕性好，當前常以鈦鋁鎂等多元素合金出現。鈦金合在汽車上還有一些重要用途，如以鈦合金代替不銹鋼的消聲器，以鈦合金制造渦輪增壓器殼體和葉輪代替鎳基合金，也可用于制造汽車上氫氣貯藏器。

專業的磁流變液（MR）：一種可控的流體智能材料，具有良好的高磁導率，低磁滯性，可以在極短的時間段（一般在毫秒內）內不斷變化，從而達到對某一機械系統控制的目的。

國際汽車界專家預測，未來的電動汽車應用可能有三大系統：一是輪轂電機直接驅動車輪；二是無線充電，汽車動力電池充電不用電樁，在高速路上有充電道，要充電時汽車駛入充電道自行充電，這種汽車可以一天不停的在奔跑；三是磁流變控制，從部分的智能化應用提升到全自動駕駛上。

結語

當代汽車產業已進入信息化，網絡化，全球化，社會化，大科學的發展年代，為了從基礎和先導角度提升汽車產業自主創新水平，我們一定要堅定的按新常態，互聯網 + 和制造業 2025 發展規劃精神，以改革，創新，融合，共享發展理念，敢于向積存多年的頑疾開刀，敢于觸及深層次利益關系和矛盾，堅決沖破思想觀念上束縛，堅決破除利益固化藩籬，堅決清除妨礙社會生產力發展的體制障礙，高質量，高度化應用新興材料工程水平，相信我們可以促使汽車和材料成為鳥之兩翼，車之兩輪，攜起手來走到一起，共同為建設汽車強國再立新功。

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