研究人员开发轻量耐高温合金 有助于推广天然气汽车

（图源：UVA官网）

与汽油相比，天然气燃烧起来更清洁、效率更高，所产生的二氧化碳少25%左右，而且提炼和加工成本也比较低，因此，天然气动力汽车日益受到关注。然而，由于天然气燃烧温度高，对金属发动机部件的要求也要高得多。

据外媒报道，弗吉尼亚大学（University of Virginia）研究人员通过将镍粉和石墨烯薄片结合在一起，开发出一种新型耐高温低成本合金，并申请专利。这种新型金属基复合材料，可在1000摄氏度下保持完整性，或将成为天然气发动机材料的良好选择。

此类轻质材料被称为“石墨烯超耐热合金”（graphene superalloy）。因为使用了轻质石墨烯材料，比其他镍高温合金更轻，但是，比其他金属混合物更坚固耐用。领导这项研究的机械与航空航天工程学院教授Chris Li表示：“这种材料很轻，而且完美结合强度和韧性，有可能成为燃料喷嘴等天然气发动机关键部件的理想材料。”

研究人员在设计材料时，从大自然中获得灵感，比如珍珠母贝壳。“它们拥有一层又一层的结构。”珍珠母由六角形文石薄片组成，其强度和韧性在工程材料中极为罕见。在制造绝大多数复合材料时，两种合金组合在一起，会导致大多数复合材料失去延性或韧性。然而，采用类似文石的结构，石墨烯和镍复合材料的强度可以增加73%，拉伸能力仅降低了28%。这种复合材料甚至可以在1000摄氏度高温下，保持高硬度。

用石墨烯增强材料代替电池和发动机材料，有助于降低能耗。实现这一目标所面临的挑战是，石墨烯的成本可能高达每克数百美元。主要研究人员Zhang表示：“在应用于车辆时，需要考虑成本。成本永远是第一位的。如果不能降低石墨烯的成本，就无法在汽车上大量应用石墨烯。”

研究人员预计，未来五年左右，天然气发动机或将得到广泛应用，特别是用于商用卡车。卡车运输公司正在寻找方法，以降低燃料成本和碳排放。目前，美国能源和交通部门正在支持创新材料研究，以适应替代性燃料，并减少成本和温室气体排放。在较小、成本较低的规模上，石墨烯可用于改进普通技术。比如，可以用它来制造柔性屏幕，甚至是用于手机的柔性电池，也可能用于3D打印。