2023年《安全技术》之纳米技术将成为新世纪汽车发展的核心技术.docx

纳米技术将成为新世纪汽车开展的核心技术 回忆工业革命史，我们不难发现，每次工业革命的引发，都是与根底学科的开展密不可分的。早在150年前，由于人类将尺寸精确到毫米，创造了蒸汽机，从而引发了第一次工业革命；当人类将尺寸精确到微米时，引发了以发电机、电动机等电器设备为代表的第二次工业革命，同时也使化学、汽车等工业得到了飞速开展。在人类将尺寸精确到纳米时，有可能再次引发新的工业革命，尤其是汽车工业的变革。当纳米技术广泛应用在汽车的发动机、材料、电子、工艺等各个方面时，纳米汽车也就诞生了。 纳米技术的概念 “纳米〞既是时空的度量单位，也是长度的度量单位，往往流行于后者的说法。换算方法为：1米=109纳米，或1纳米是1米的10亿分之一，人的一根头发丝直径就约有七八万纳米长。“纳米技术〞这个术语最初是从“纳米〞一词延伸而来，是指对100纳米以下微小结构的物质和材料进行研究、处理的技术。 目前纳米技术应用主要表达在两个方面：即纳米材料和纳米器件方面。纳米材料如纳米碳、纳米铜、纳米纤维、纳米玻璃等材料；纳米器件如纳米洗衣机、纳米领带、扫描隧道显微镜用探针等等。 纳米技术在汽车材料上广泛应用 汽车零件主要由钢、铁、合金、铜、玻璃、塑料等材料组成，这些材料目前根本上都可运用纳米技术制作成纳米材料。例如，我国最近成功合成了世界上最长的“超级纤维〞纳米碳管，这种纳米碳管与钢相比，其体积是相同体积钢的1/6，强度却是同体积钢的10倍。纳米铜的诞生，使金属又增加一个“奇异〞性能——室温下的超塑性，其延展性比普通的铜高50余倍。如果将这些纳米材料广泛运用在汽车上，那么未来汽车不管是在质量上，还是在车身的强度、挠度及平安性能上，都要远远优越于现代汽车，因此也将一改“钢铁〞汽车的传统制造工艺。 纳米技术将使发动机产生质的飞跃 在这之前，陶瓷式发动机曾一度被专家们所看好。因为从理论上讲，选用陶瓷材料制作的发动机，具有磨擦力小、热损失低、质量轻、经济性强等许多优点，但是直到目前为止，陶瓷式发动机尚未进入实用性阶段。如果采用纳米技术生产出来的发动机，它不但能克服传统陶瓷的韧性差、不耐冲击等弱点，还可广泛用于发动机的高温、易损等关键部位，其结构和性能要远比陶瓷式发动机优越，而且还能解决生产厂家长期不能解决的小发动机、大功率这一矛盾。 纳米技术在润滑油上的应用 前不久，青岛在五辆大型公交车上试用一种由纳米技术合成的汽车护理剂。经过一系列的严格测试，发现这五辆公交车的油耗量，由原来的15升/百公里降到12.14升/百公里，耗油量下降了19%，五辆车平均节省燃油达16.2%，运行状况也得到明显改善，机油节省量达50%。这种“纳米润滑油〞的最大特点是：它所针对的是金属外表，而不是润滑油本身。这些极微小的烃类分子，由于金属外表的相互吸附，这些纳米微粒能够完全填充金属外表的细小微孔，从而使得这些成千上万的如液态状的小滚珠，能够最大限度地减少金属与金属微孔间的摩擦和磨损。这种全新概念的单分子纳米润滑技术，将会给磨损部件的设计带来深刻的变革。 纳米技术在燃油上的应用 目前在车辆中大量使用的汽油和柴油，由于其中含有少量的硫，发动机工作时，在燃烧过程中就会产生二氧化硫（SO2）气体。如果在汽油或柴油中参加适量的纳米添加剂，它在发动机工作过程中就可以形成非常好的催化剂。经它催化后的燃油，不仅含硫量远远低于国际标准（低于0.01%），且燃油的燃烧效率也因此大大提高。例如，我国北大技术物理系的李正孝教授，前不久利用纳米技术与先进的生产工艺相结合，成功研制出一种纳米燃油添加剂。试验时，他将这种添加剂参加到适量的燃油后，发现这种燃油添加剂在燃油中能够迅速扩散成6纳米尺度长的球形小颗粒，这些小颗粒在热运动能量下，能够获得每秒达十几米的热运动速度，从而使燃油在布朗运动作用下，能够形成稳定的微乳液，在燃烧时，燃油可分裂成纳米尺度的油气颗粒，从而到达完全汽化、充分燃烧的效果。 纳米技术将使汽车轮胎变得五颜六色 当前，汽车轮胎几乎是清一的黑色。对于生活在大千世界的人们来说，一种颜色未免显得有些单调。由于在生产橡胶时，为了能够提高轮胎的强度、抗老化性及耐磨性，往往在生产过程中参加一定比例的碳黑来实现。如果在生产橡胶轮胎过程中运用纳米技术，不仅能够生产出各种各样的彩色轮胎来，而且还能够使轮胎侧面胶的抗折性能由目前的10万次提高到50万次，耐磨性和强度大幅度提高。 纳米技术改善汽车尾气 如今，日益严重的城市大气污染问题已越来越引起人们的高度重视，因为它将直接威胁着人类的生存。我们知道，大气污染主要有两大来源：工厂烟囱的排放（俗称固定源）和汽车尾气（俗称流动源）。特别是汽车尾气，由于含有大量的二氧化硫、一氧化碳及氮氧化物等有害气体，而且又属于“近地层排放〞，严重污染着人类的生活空间及呼吸层，同时还易形成臭氧层，对人体的健康影响极大，到了非治理不可的地步。目前国内外治理汽车尾气的方式通常采用电喷技术和三元催化转化装置。如果采用纳米技术治理汽车尾气，其氧化-复原能力将远远超过目前采用的作何技术。据一份由中国环境科学研究院提供的汽车尾气排放检测报告显示：将试验用车的三元催化转化器卸下，然后参加纳米汽油添加剂运行3500公里后，发现该试验用车在双怠速运行下，其污染排放测试结果分别为：碳氢化合物排放下降了43.2%，氮氧化物排放下降了7.8%，污染率明显降低。 未来纳米汽车轮廓素描 未来的纳米汽车，不仅在外观上色彩鲜艳，而且更具有超越性能和广泛的设计空间，具体表现在以下几个方面： 稳固耐用、平安可靠 由于纳米材料在汽车上大量使用，将来的纳米汽车在硬度、挠度及抗震性能上都会大幅度提高，其平安性能也随之增加，从而变得更加稳固耐用和平安可靠。 小发动机室，大乘车空间 纳米技术的应用，将非常容易缩小发动机及相关零件的尺寸，使得发动机、底盘等装置更加紧凑，从而有效地增大驾驶室或乘车空间。 大功率、低排放 纳米技术在燃油及润滑油中的广泛应用，使未来汽车的节能程度大幅度提高，汽车也因此变得更加经济和普及，从而使未来汽车到达大功率、低排放的要求。 总之，纳米技术能够从汽车车身应用到车轮，几乎涵盖了汽车的全部，使得未来的纳米汽车更加经济舒适、平安可靠、动力强劲和色彩鲜艳。如果说，我们国家的汽车工业由于处在毫米、微米时代，因落后别人而付出巨大代价的话，那么，今天当我们站在纳米时代的同一起跑线上时，对于从事在汽车工业各条战线上的科技工作者、工程师及企业家们来说，应牢牢把握住这一千载难缝的时机，携手抢占21世纪汽车工业开展的这一核心技术——纳米技术。