纳米材料技术在汽车行业中的应用

纳米材料技术在汽车行业中的应用

学院：机械学院 班级：机械101班

姓名：梁志平 学号：100501110

摘要：纳米材料，纳米技术，汽车，橡胶，涂料，触媒

1959年美国物理学家诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman 1918——1988)，在一次演讲中提出：人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器，而这小的机器可以制造更小的机器这样一步步达到分子尺度，以至最后按意愿排列原子，制造产品。并预言：“化学发展成为根据人们意愿放置原子的技术”（1）。今天，费曼这个预言巳经开始实现，这就是现在风靡全球的纳米技术。

技术是人类为满足社会需求，运用科学知识，改造、保护及利用自然资源，创造适宜人生存的环境的方法、技能及工具的综合。所谓纳米技术所谓纳米技术，是指在0.1－100纳米尽度范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。自从80年代初发明了电子扫描隧道显微镜后，世界就诞生了一门以纳米作单位的微观世界研究学科－纳米科学，进入90年代，纳米科学得到迅速的发展，产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学、纳米生物学等等，由此产生的纳米技术产品也层出不穷，并开始涉及汽车行业。

纳米技术是汽车发展的核心技术。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。纳米技术在汽车上的广泛应用，将降低汽车各部件磨损，降低汽车消耗，减少汽车使用成本；一定程度上，还能消除汽车尾气污染，改善排放。如今不少汽车产品已开始采用纳米技术，小小的纳米将使汽车产生极大的变化。

车用塑料橡胶

汽车用橡胶以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言，纳米化是现阶段的主要发展趋势。事实上，纳米材料和橡胶工业原本关系即相当密切，大部分粉状橡胶助剂粒径都在纳米材料范围或接近纳米材料范围，例如炭黑粒径约11～500nm；白炭黑粒径在11～110nm。在橡胶产品生产中使用纳米材料，从20 世纪初使用炭黑补强就开始了，40年代开发成功纳米白炭黑补强橡胶制造轮胎。目前世界上著名的轮胎制造厂均逐渐用白炭黑来代替炭黑制造绿色轮胎和节能轮胎，据调查已取代5%～10%的炭黑。（2）

新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限在使用碳黑或白碳黑，如ZnO、CaCO3、Al2CO3、TiO2 等，最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎来得优异，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10 万次提高到50 万次。

车用涂料

汽车涂料是工业涂料中技术含量高、 附加值高的品种 ,它代表着一个国家涂料工业的技术水平。但随着汽车工业的发展国内对涂料的需求量将进一步增多。2005 年汽车涂料的总需求量为 11. 8 万吨 ,预计 2010 年汽车工业对涂料的总需求量为17. 84 万吨。由于汽车制造技术日趋成熟 ,对汽车外观的要求更加严格 ,所以汽车涂料需要时时与名品车的技术开发进程保持同步。进一步开发高耐刮伤、 耐腐蚀、 隔热、 美观多彩、 多功能的汽车涂料为涂料工作者提出了新的任务。

近年来随着技术的发展，许多以前的设想都成了现实。其中有代表性的有：1989 年美国福特公司首次生产出用纳米 TiO2 配制的金属闪光面漆涂装的 “变色” 轿车；2004 年德国 Carbo Tec 公司研制出新纳米材料与汽车烤漆材混合成特优的“钻石” 烤漆 ,使用后汽

车钣金形成了一坚固的保护层 ,使车身表面的烤漆更耐刮伤、 耐磨损、 耐侵蚀、 耐 天候变化 ,抗化学剂及酸剂；2004年南京工业大学材料学院的赵石林、 许仲梓教授采用纳米氧化锡锑和氧化铟锡历时3年成功研制出 “纳米透明隔热涂料” ，该涂料不但透光性好 ,而且能有效隔绝太阳热辐射等（3）。

车用排气触媒材料

随着中国等发展中国家经济持续大幅成长，全球汽车保有量也逐年攀升，而所衍生的汽车排气污染问题日益严重，已成为各国政府关注的重要课题。加装触媒转换器，是目前解决汽车排气污染的主要方式。用于汽车排气净化的触媒有许多种，而主流是以贵金属铂、钯、铑作为三元触媒，其对汽车排放废气中的CO、HC、NOx 具有很高的触媒转化效率。但贵金属具有：资源稀少、取得不易、价格昂贵；易发生Pb、S、P 中毒，而使触媒失效等特性。因此在保持良好转化效果的前提下，部分或全部取代贵金属，寻找其它高性能触媒材料已成为必然的趋势。

以纳米级稀土材料取代贵金属做为触媒，是目前的发展趋势之一。由于材料制成纳米颗粒后具有表面和小尺寸等效应使材料性能发生突变，从而产生其它更为优异的性能，因此将稀土材料制成纳米粒子，应用于汽车触媒转换器将有着其它材料无法比拟的效果。武汉大学化学与分子科学院在纳米级二氧化钛的研究方面取得了突破。采用武汉大学专利技术生产纳米级二氧化钛，其成本只有国外成本的１／４左右。纳米级二氧化钛的问世是上世纪８０年代后期二氧化钛研究领域的一个新进展。日、美科学家发现该物质可以广泛应用于高级轿车金属色面漆等方面。日本已在高速公路两侧和隧道内设置涂覆了纳米级二氧化钛的光催化板除氮氧化物防汽车尾气。目前，世界上仅有少数几家公司能够生产纳米级二氧化钛(4)。

综合上述可知，未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关,当然，若能将汽车的所有部位都纳米化，其附加价值必然大增，但相对而言，其成本与售价也将大幅提高。

因此，迄今为止，真正纳米化且商业化的汽车零件仍很有限。但毋庸置疑，汽车工业是现代工业的重要标志，纳米技术应用于未来汽车技术的发展将是一个必然趋势，也定会成为汽车技术升级的保证。相信在不久的将来，纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。

（1）纳米科技导论. 徐国才主编. 高等教育出版社 （2）季宝华. 纳米橡胶工业概况. 科学出版社

（3）张震宇，杭建忠，施利毅，张剑平. 纳米材料在汽车涂料中的应用研究进展. 材料导报

(4) 吴大成，徐静等. 纳米级二氧化钛生产的研究. 武汉大学报