ORNL利用CNT與銅材,開發促進EV進化之高導電性複合材料

 

刊登日期:2020/10/22
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美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)開發了一項可增大銅線的電流流量,並由奈米碳管(CNT)與銅基材料(Cu Matrix)構成的複合材料。由於在同等程度的電阻之下,能夠流通更大的電流,將可望藉此提高電動馬達的能源效率與小型化,並降低送電線的電力損失。

研究團隊為了提高銅線的導電性與機械特性,嘗試將輕量、具導電性且有優異強度的CNT導入銅基材料予以複合化,但過去的複合材料化嘗試中,僅限於使用μm~mm非常短的材料,在更長尺寸的評估實驗中,則是呈現性能不佳的狀況。此次,研究團隊利用了製造奈米級纖維薄膜(Nanofiber)的高分子加工方法–靜電紡絲法(Electrospinning),將含有CNT的聚乙烯吡咯啶酮(PVP)溶液以高電場抽取出極細纖維,並在平坦的銅帶上以同一方向排列堆積。接著透過真空加熱除去高分子PVP成分,並利用磁控濺鍍(Magnetron Sputtering)技術,在被覆CNT的銅帶上鍍上銅薄膜層,藉由加熱擴散處理,進而成功地形成均一、緻密,且具有方向性的Cu-CNT-Cu結構(Network)。研究團隊製作了尺寸較大、約10×4cm的Cu-CNT-Cu複合材料,與純銅材料相比,確認電流容量提高了14 %,機械性質最大提升了20 %。

由於新開發的複合材料可利用既有的量產技術進行製造,因此可望藉此在廣泛的電力系統與產業用途,提供促進各種電氣機器小型化、提高能源效率之先進高導電線材料。

資料來源:https://www.ornl.gov/news/new-composite-material-revs-pursuit-advanced-electric-vehicles


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