美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們利用新技術(shù)制造了一種復(fù)合材料，可以提高銅線的電流容量，從而提供了一種可以按比例縮放以用于超高效、高功率密度的電動(dòng)汽車(chē)牽引馬達(dá)的新材料。

這項(xiàng)研究旨在減少阻礙電動(dòng)汽車(chē)廣泛應(yīng)用的障礙，包括降低擁有成本，改善電動(dòng)機(jī)和電力電子設(shè)備等組件的性能和壽命。該材料可以部署在任何使用銅的組件中，包括更高效的母線和用于電動(dòng)汽車(chē)牽引逆變器以及用于無(wú)線和有線充電系統(tǒng)等應(yīng)用的較小連接器。

為了生產(chǎn)重量更輕、性能更好的導(dǎo)電材料ORNL的研究人員將碳納米管沉積在扁平的銅基板上，形成了一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料，其電流處理能力和機(jī)械性能均比單獨(dú)使用銅更好。

在銅基體中加入碳納米管以提高導(dǎo)電性和機(jī)械性能并不是一個(gè)新主意。碳納米管因其重量輕、強(qiáng)度高和導(dǎo)電性能而成為絕佳的選擇。但是其他研究人員過(guò)去對(duì)復(fù)合材料的嘗試導(dǎo)致材料長(zhǎng)度非常短，只有微米或毫米，加上有限的可伸縮性，或較長(zhǎng)的材料性能很差。

ORNL小組決定嘗試使用靜電紡絲法沉積單壁碳納米管，這是一種商業(yè)上可行的方法，當(dāng)液體噴射通過(guò)電場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生纖維。ORNL化學(xué)科學(xué)部的博士后研究員李凱解釋說(shuō)，該技術(shù)可控制沉積材料的結(jié)構(gòu)和方向。在這種情況下，該過(guò)程使科學(xué)家能夠成功的將碳納米管定向到一個(gè)大致方向，以促進(jìn)電流的流動(dòng)。

然后，該團(tuán)隊(duì)使用了磁控濺射（一種真空鍍膜技術(shù)）在碳納米管鍍膜的銅帶上添加薄層銅膜。然后將涂覆的樣品在真空爐中退火，形成致密、均勻的銅層，從而產(chǎn)生高導(dǎo)電的銅-碳納米管網(wǎng)絡(luò)，并允許銅擴(kuò)散到碳納米管基體中。

利用這種方法，ORNL的科學(xué)家創(chuàng)造了一種長(zhǎng)10厘米，寬4厘米的銅-碳納米管復(fù)合材料，其具有出色的性能。材料的微觀結(jié)構(gòu)特性由美國(guó)能源部科學(xué)用戶設(shè)施的納米材料科學(xué)中心的儀器進(jìn)行分析。

研究人員發(fā)現(xiàn)，與純銅相比，該復(fù)合材料的電流容量提高了14％，機(jī)械性能提高了20％。

該項(xiàng)目的首席研究員Tolga Aytug說(shuō)：“通過(guò)將碳納米管的所有出色特性嵌入到銅基體中，我們的目標(biāo)是提高機(jī)械強(qiáng)度、減輕重量和提高電流容量。然后，您將獲得更好的導(dǎo)體，且功耗更低，從而提高了設(shè)備的效率和性能。例如，性能的改善意味著我們可以減小體積并提高先進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的功率密度?！?/p>

這項(xiàng)工作建立在ORNL的超導(dǎo)研究歷史悠久的基礎(chǔ)上，該研究已經(jīng)生產(chǎn)出了低電阻導(dǎo)電的優(yōu)良材料。該實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)導(dǎo)線技術(shù)已授權(quán)給幾家工業(yè)供應(yīng)商，可實(shí)現(xiàn)高容量電力傳輸，同時(shí)將功率損耗降至最低。

Aytug說(shuō)，雖然新的復(fù)合材料的突破對(duì)電動(dòng)機(jī)有直接影響，但在效率、質(zhì)量和尺寸是關(guān)鍵指標(biāo)的應(yīng)用中，也可以改善電氣化。他說(shuō)，通過(guò)商業(yè)可行性技術(shù)實(shí)現(xiàn)的性能特性改善，意味著為各種電氣系統(tǒng)和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)高級(jí)導(dǎo)體的新可能性。

ORNL小組還在研究使用雙壁碳納米管和其他沉積技術(shù)（例如超聲波涂層與輥對(duì)輥系統(tǒng)結(jié)合使用）可生產(chǎn)長(zhǎng)度約1米的樣品。

ORNL電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理、電力電子和電機(jī)集團(tuán)負(fù)責(zé)人Burak Ozpineci指出:“電機(jī)基本上是金屬-鋼片和銅繞組的結(jié)合?！薄盀榱藢?shí)現(xiàn)美國(guó)能源部汽車(chē)技術(shù)辦公室2025年的電動(dòng)汽車(chē)目標(biāo)，我們需要將電力驅(qū)動(dòng)器的功率密度提高，并將電動(dòng)機(jī)的體積減少8倍，這意味著要改善材料性能?！?/p>