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陳光祖：沒有新材料應(yīng)用，未來汽車將成空談

2023-07-20 15:30:06 作者：本網(wǎng)整理來源：《腐蝕與防護(hù)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(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)，離不開眾多高科技新興材料工程的支撐，可以說當(dāng)代汽車產(chǎn)業(yè)在推動的新一輪產(chǎn)業(yè)革命中，它正扮演著基礎(chǔ)和先導(dǎo)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(xiàn)和應(yīng)用或正在研發(fā)中，擁有傳統(tǒng)材料不具備的優(yōu)導(dǎo)性和特殊功能的材料，但它又突破了傳統(tǒng)材料的局限性，成為拓展汽車產(chǎn)業(yè)顛覆性創(chuàng)新驅(qū)動和巨大發(fā)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(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的高水平新型材料；二是廣泛應(yīng)用多種高科技手段，經(jīng)過合成或加工的新型材料，往往是一種復(fù)合型材料，后者正在迅速發(fā)展中，將居主導(dǎo)地位。

新興材料工程的特征是：重點(diǎn)應(yīng)用于汽車輕量化上，新材料應(yīng)具有綠色、低碳、可循環(huán)利用，可回收的，無公害的材料性能；其結(jié)構(gòu)應(yīng)是多元化，多元素、多樣化的以復(fù)合組成方式出現(xiàn)。因此，它的跨界度很大，科技和信息融合度很高。

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

新興材料有哪些？

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

高檔次的碳纖維復(fù)合材料：是指含碳量高于 90% 的無機(jī)高分子纖維，其中含碳量達(dá) 99% 的叫石墨纖維。這種類型材料強(qiáng)度比一般的鋼還高、而彈性模量又很大、疲勞強(qiáng)度高、耐沖擊性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐水耐濕氣好、摩擦系數(shù)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(yīng)用碳纖維復(fù)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(qiáng)度則比常用的鋼材結(jié)實(shí) 10 倍。

精細(xì)工業(yè)陶瓷：原料是天然或人工合成的無機(jī)物構(gòu)成，形成良好的導(dǎo)熱性、低熱膨脹、高剛度、硬度、強(qiáng)度和電學(xué)性能。在活塞頂部、氣門、增壓器、轉(zhuǎn)子、發(fā)動機(jī)排子管、氣缸套內(nèi)壁等都噴涂上精細(xì)工業(yè)陶瓷，在很大程度上達(dá)到“節(jié)能減排”目的。在傳感器上也不少應(yīng)用精細(xì)工業(yè)陶瓷，比如在難度較大的氧傳感器上應(yīng)用，能很好提高檢測的靈敏度。

高分子材料：由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，如我們熟識的塑料、橡膠、纖維、涂料和高分子復(fù)合材料等，這些在汽車上應(yīng)用較多。當(dāng)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(zhì)量涂料和黏合劑等都尋求在汽車領(lǐng)域深入應(yīng)用。如塑料燃油箱已廣泛應(yīng)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(shí)也不易破裂，國內(nèi)已大量生產(chǎn)供應(yīng)。

超級的光電材料與器件：這些范圍較廣，包括半導(dǎo)體，超導(dǎo)、電阻、絕緣，軟磁、永磁、激光、測溫、聲學(xué)、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(guān)系更為密切的半導(dǎo)體芯片來講。

從汽車微電子時(shí)代發(fā)展經(jīng)歷來看與半導(dǎo)體的芯片有很大關(guān)系，大致可用五個階段來探索：

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

第二階段，約在 80 年代末，由于微控制器的發(fā)明和應(yīng)用，通稱單片機(jī)（MCU），這種高級芯片可以將計(jì)算機(jī)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(yīng)用效率和功能，如汽車發(fā)動機(jī)電子噴油系統(tǒng)控制、自動變速箱電子控制、汽車防抱死系統(tǒng)、汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、汽車電控懸架等，汽車電子進(jìn)入微型化應(yīng)用時(shí)代。

第三階段，90 年末，即單片機(jī)進(jìn)入嵌入式應(yīng)用年代，即電子元器件進(jìn)入個性化應(yīng)用年代，使電子控制專業(yè)化功能更加深透，應(yīng)用水平更高，集成度，系統(tǒng)化控制水準(zhǔn)更深。嵌入式微處理器也叫 SOC 單片機(jī)，從過去的 8 位機(jī)為主，進(jìn)入了 16 位，32 位，個別 64 位高功能應(yīng)用時(shí)代，可以按客戶對芯片個性化特色需求進(jìn)行高功能芯片設(shè)計(jì)和供給。同時(shí)，智能互聯(lián)時(shí)代，SOC 在人、車、路協(xié)同運(yùn)行上將發(fā)揮核心作用。

第四階段，即新世紀(jì)年代信息產(chǎn)業(yè)，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、大科學(xué)、移動互聯(lián)網(wǎng)眾多新興產(chǎn)業(yè)迅速驚人的發(fā)展，將可能出現(xiàn)金屬、陶瓷、聚合和復(fù)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(shí)代。

第五階段，未來光電芯片發(fā)展新階段。量子型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，即利用光電效應(yīng)和量子糾纏效應(yīng)協(xié)同進(jìn)行的極速計(jì)算，促使光電超導(dǎo)芯片的誕生，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)不再是分步進(jìn)行，而是同步計(jì)算，其運(yùn)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(yè)、鋼鐵、航空、航天、醫(yī)學(xué)、陶瓷、復(fù)合材料、生態(tài)環(huán)境等諸多領(lǐng)域應(yīng)用納米技術(shù)。

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(jiān)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(yīng)用在柔性觸摸屏、可穿載設(shè)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(yī)藥、防爆輪胎、健康衣服、防火衣等方面，前景寬廣。據(jù)了解它在鋰動力電池的負(fù)極，正極，高導(dǎo)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(xiàng)目應(yīng)用都在研發(fā)中。

《中國制造 2025》規(guī)劃中，將石墨烯作為一種重要新材料，納入國家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略中，2013 年 7 月《中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟》成立，力求促進(jìn)石墨烯科研的資源優(yōu)化組合和加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，預(yù)計(jì) 2020 年將超過 1000 億元。

第三態(tài)金屬鈦合金：鈦的資源豐富，重量輕，比強(qiáng)度高，耐熱，耐蝕性好，當(dāng)前常以鈦鋁鎂等多元素合金出現(xiàn)。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(yè)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(dǎo)率，低磁滯性，可以在極短的時(shí)間段（一般在毫秒內(nèi)）內(nèi)不斷變化，從而達(dá)到對某一機(jī)械系統(tǒng)控制的目的。

國際汽車界專家預(yù)測，未來的電動汽車應(yīng)用可能有三大系統(tǒng)：一是輪轂電機(jī)直接驅(qū)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(shí)汽車駛?cè)氤潆姷雷孕谐潆姡@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(yīng)用提升到全自動駕駛上。

結(jié)語

當(dāng)代汽車產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入信息化，網(wǎng)絡(luò)化，全球化，社會化，大科學(xué)的發(fā)展年代，為了從基礎(chǔ)和先導(dǎo)角度提升汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新水平，我們一定要堅(jiān)定的按新常態(tài)，互聯(lián)網(wǎng) + 和制造業(yè) 2025 發(fā)展規(guī)劃精神，以改革，創(chuàng)新，融合，共享發(fā)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(guān)系和矛盾，堅(jiān)決沖破思想觀念上束縛，堅(jiān)決破除利益固化藩籬，堅(jiān)決清除妨礙社會生產(chǎn)力發(fā)展的體制障礙，高質(zhì)量，高度化應(yīng)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(shè)汽車強(qiáng)國再立新功。

人物簡介:

陳光祖先生是我國汽車界一位資深專家。陳光祖先生早年曾在一汽工作，并擔(dān)任過中國汽車零部件工業(yè)公司副總經(jīng)理、中汽工程咨詢公司總經(jīng)理、美國華鼎汽車技術(shù)貿(mào)易公司總裁、中國汽車工業(yè)咨詢發(fā)展公司總經(jīng)理、中國汽車工業(yè)咨詢委員會秘書長、北京市政府顧問。他是中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的見證者和親歷者。

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