纳米材料在摩托车上的应用


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纳米是用肉眼无法分辨出来的非常小的长度单位,达到100nm以下并具有超常特性的物质颗粒称为纳米材料,通常包括纳米微粒和纳米固体;对100nm以下的微物质进行研究和处理的技术称为纳米技术。近年来,纳米技术产品已在高科技和军事领域大显神通,并开始涉及摩托车行业。

    1.纳米技术促进摩托车的发展

    纳米技术可应用在摩托车车架、轮胎、传动系、排气系统等部位,如用于车架,可强化钢板结构,使车架能经受得起较大冲击;用于传动系统、发动机及各种零件,能提高摩托车性能,同时延长使用寿命; 将纳米金属作为催化剂用于排气系统,转换效果极佳;用于涂料烤漆,可使车架外观色泽更为光亮,更耐蚀、耐磨。总之,由于纳米技术功能奇特,在摩托车上得到了广泛应用。

    近年来,随着环保法规的日益严格,解决摩托车排气污染成为当务之急,加装催化转化器是目前解决摩托车排气污染的主要方法。实验证明,添加纳米稀土材料的催化剂,不但转换效率大大提高,转换温度也能有效降低。目前,用于摩托车催化剂的纳米稀土材料的催化剂,不但转换效率大大提高,转换温度也能有效降低。目前,用于摩托车催化剂的纳米稀土材料主要有铈(Ce)、镧(La)氧化物,可使摩托车排气污染控制能力大大提升;另外,纳米过渡金属材料钴(Co)、锆(Er)氧化物,对CO及NOx等污染物也有较高转换效率。

    2.在摩托车润滑剂中应用

    在摩托车润滑油中加入减磨剂,可提高抗磨能力,减小摩擦阻力和延长机件使用寿命,但常规的减磨剂一般都存在着磨力、磨损问题。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品,它不对任何润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂或减磨剂等产生不良作用,只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜,由于这些微小的烃类分子间的相互吸附作用,能够完全填充金属表面的微孔,最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。

    据报道,国外将铜或铜合金纳米微粒加入到润滑油中,可使摩托车发动机润滑性能提高6-8倍,显著降低齿轮磨损,并能提高燃烧效率,改善动力性能,延长使用寿命。

    另外,将金属(或合金)纳米微粒加入到各种润滑脂中,可得到一种性能优异的新型固体润滑剂,它可在很宽使用范围内获得非常好的润滑效果,克服了常规润滑减磨剂的缺点。

    3.在摩托车橡胶和塑料制品中应用

    实验发现,当微粒达到纳米量级时,会出现一种新奇现象,它的周期性边界被破坏,从而使声、光、电、热力学等性能呈现出与传统材料相比极大的差异。根据纳米材料的结构特点,把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合,可以形成各种各样的纳米复合材料。

    纳米材料在塑料中的应用可改变传统塑料特性,扩大应用范围。这是因为纳米材料微粒尺寸小,透光性好,使塑料变得很致密,呈现出优异的物理性能,如强度高、耐热性强、密度更小等。此外,由于纳米微粒尺寸小于可见光波长,纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度,对太阳中的紫外线有很强的吸收能力,并可防止塑料老化变脆。在塑料中加入0.3%的UV-TAN-P580纳米TiO2,经过700h热光照射后,抗张强度损失仅10%。今后,这种纳米塑料在摩托车上会有广泛地应用。

    在橡胶产品中加入纳米材料,可大幅度提高橡胶产品的耐磨性和介电常数,使寿命和性能大大提高。传统的橡胶产品通常用炭黑粉体作补强填充剂、促进剂、防老化剂等,如今粉体物质也向纳米方向发展。据报道,目前世界上许多著名的轮胎厂都在研发和应用纳米白炭黑代替炭黑补强,生产绿色轮胎和节能轮胎,现已取代5%-10%炭黑,如在汽车、摩托车轮胎橡胶中使用纳米ZnO改性,可大大提高橡胶的高速耐磨性能、抗老化性能,使耐屈挠性提高5倍,而且用量比普通ZnO节约30%-50%。另外,纳米Al2O3、纳米CaCo3、纳米TiO2和纳米粘土等在橡胶工业中的应用也有所进展。

    4.在其它方面的应用

    目前,我国已研制出一种用纳米技术制造的乳化剂,取一定比例加入到汽油中,可使摩托车油耗降低约10%。纳米技术应用于燃料电池中,由于常温下储氢能力极佳,不需要昂贵的超低温液氢储存装置,大大节省了成本,而且电池体积小,减小了电动车的质量。

    对摩托车车灯来说,约69%灯光能转化为热能被消耗,仅有少部分光能用来照明,能源浪费严重。纳米微粒膜材料对解决灯管发热问题提供了一个崭新途径,在摩托车车灯上的应用前景非常广阔。

    5.结束语

    纳米材料对摩托车性能的改善以及在其它方面的应用是可行的,但在摩托车行业要实现工业化尚存在一定困难,如纳米材料价格、颗粒媒体间的界面性质等问题,纳米材料的分散性、颗粒混入介质的技术手段等,这些都是充分发挥纳米材料特异性能的关键。

    摩托车技术发展有赖于材料的发展,纳米材料在应用方面存在的各种问题终将会得到逐步解决,而纳米材料的研究、开发和应用,无疑为摩托车材料发展提供了高科技含量,为摩托车技术进步奠定了基础。
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