纳米技术在汽车上的应用(论文)

第1页共6页纳米技术在汽车上的应用杨**摘要:由于纳米材料具有微粒尺寸小、表面积大、透光性好、抗紫外线、抗老化、高强度和韧性等特殊性能，因此随着纳米材料的研制和开发，纳米技术将在汽车工业多个领域中地到广泛应用，并逐步改善或替代传统产品。关键词：纳米技术发展汽车应用1)纳米技术促进了汽车材料业的发展纳米技术可应用在汽车的任何部位，包括车身、地盘、内装、轮胎、传动系统、排气系统等均可因纳米技术的运用而产生不同的功能特性。例如：车身部分，纳米技术科强化钢板结构，使车体更耐撞而达到安全的要求，另外利用纳米涂料烤漆，可使车身外观色泽更为光亮，且更耐蚀、耐磨；内装部分，可利用纳米粒子特有的抗菌、除污特性，达到消费者所重视的清洁、健康的要求；传动系统部分，包括引擎及各种零件，若经过纳米化处理，将能提升汽车性能同时延长使用寿命；在排气系统方面，利用纳米金属作为触媒，其转化鲜果更佳。纳米技术更够从汽车车身应用到车轮，几乎涵盖了汽车的全部，由于纳米技术特奇功效，它在汽车上得到了广泛的应用。汽车排气触媒材料随着我国等发展中国家经济持续大幅度成长，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。因此第2页共6页在保持良好转化效果的前提下，部分或全部取代贵金属，寻求其他高性能触媒材料已成为必然的趋势。目前被用于汽车触媒的纳米级稀土材料，主要为Ce及镧（La）的氧化物。实验证明，添加纳米稀土材料的触媒，不但转换效率大幅度提高，转换温度也能有效降低，对汽车排气污染的控制能力大为提升。而除了纳米级稀土材料之外，其它纳米金属材料，如：纳米级稀土材料之外，其它纳米金属材料，如：纳米级过渡金属材料钴（Co）及Zr的氧化物，对CO及NOx等污染物，亦有相当不错的装换效率。2）降低汽车部件的磨损磨损、疲劳、腐蚀是机械材料失效的三种主要形式。磨损造成的经济损失十分巨大，在美国因摩擦磨损造成的经济损失每年超过2000亿美元，纳米润滑剂能够很好的解决机械磨损问题。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑分子结构的纯石油产品，它不对任何润滑剂、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，最大可能地减少金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑剂或固定添加剂相比，其极压可增加3~4倍，磨损面减少16倍。由于金属表面得到了保护，减少磨损，使用寿命成倍增加。另外，由于纳米粒子尺寸小，经过纳米处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍，钢铁的7倍，目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上，使机械转速加快、质量减少、稳定性增强，使用寿命延长。第3页共6页3）降低汽车的油耗汽油是汽车业与新技术链接的开端。纳米汽油已在中国研制成功，节约能源和减少污染时它的最大优点。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可，交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降解其油耗10%~20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物（浮碳、碳氢化合物和氮氢化合物等）排放降低50%~80%。它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。4）杜绝渗漏专家预测，纳米界面材料技术即超双亲性二元协同界面材料技术（亲水亲油）和超双疏型界面材料技术（疏水疏油），可以在任何材质表面实现。因此，如果国产橡胶材料应用这两种技术，那么困扰国产汽车的漏油、渗油等问题将得到解决。5）抗菌消臭功能与吸附能力常见在车内会有一种特有的怪气味，它们来源于汽车内装饰材料中的树脂添加剂里所挥发性物质。另外，还有汽车内的香烟味、汗臭味等异味。这些气味被座椅、壁板等表面吸收，留存于汽车内而难以清除。纳米材料具有强大的抗菌消臭功能与吸附能力，因此利用某些纳米微粒作为载体，吸附抗菌离子，制成脱臭涂料用于汽车内装饰等表面达到杀菌、抗菌的目的。用纳米ZnO/SiO2颗粒作为消臭剂的除臭纤维，能吸收臭气，净化空气，可用于汽车内饰仿品、窗帘用纺织第4页共6页品等。纳米ZnO微粒不仅具有良好的紫外线遮蔽功能，而且也具有优越的抗菌、消毒、除臭功能，因此将其作为功能助剂，对天然纤维整理后可以获得性能良好的抗菌织物。6）汽车尾气净化大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）和氮氢化物(NOx)是影响人类健康有害气体，纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物燃烧时会产生SO2气体，这是SO2污染源。所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以减低硫的含量。纳米钛酸钴（CoTiO3）是一种非常好的石油脱硫催化剂。以55~70mm的钛酸钴半径作为催化活体多孔硅胶或Al2O3陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫含量小于0.01%，达到国际标准。最新研究成果表明，复合稀土化物的纳米级粉体具有极强的氧化还原性能，这是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）的污染问题。以活性炭作为载体、纳米粉体催化活性体的汽车尾气净化催化剂，电子可以在其三价和四价离子之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料比表面积大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物和氮气。纳米有序介孔氧化浩材料也有很好的催化作用，这种催化作用的温度可以明显地降低，可以使起催化作用的温度可以明显地降低，可以使起催第5页共6页化反应的温度降到200℃以下，这在汽车行业里有非常重要的应用。但是温度比较低时，催化剂还没有发生化学作用，这就可以减少汽车尾气的污染，催化剂在我国工业的发展和环境的保护中发挥着重要作用。7）降低汽车尾气的污染我国科学家利用碳纳米技术合成世界上最细的碳纳米管。这种新型材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成储存氢的燃料电池驱动汽车，使我国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。氢是取之不尽用之不竭的清洁能源，也是未来能源的希望，但储存等方面的问题制约着氢气的开发利用。已有的稀土材料由于含量少，应用也受到限制。在进一步的研究中，科学家发现，他们自制的纳米材料在室温下具有优异的储存氢气性能，储存氢气能力达到4%以上，至少是稀土的2倍。根据试验结果推测，室温常压下，约2/3的氢从这些可被多次利用的纳米材料中释放。由于氢燃烧后的产物是水，如果它能代替石油燃料被投入使用，那么我们的环境奖更加清洁。纳米玻璃也是一种高科技纳米材料。由于其中的颗粒非常小，所以它的透光性以及机械强度等均表现出优异性能。它主要是让特定波长的光照射一种高科技复合新型纳米材料，它可以激发“电子—空穴”和周围的水、氧气发生反应后，就具有了二氧化硫、苯等污染物直接分解成无毒无味的物质，从而达到消除空气污染的目的。这样不仅使汽车不产生污染，而且还能起到净化空气的目的。结束语第6页共6页国内外科技界已普遍认为，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，它不仅将促使人类认识纳米科技的革命，而且将引发一场新的工业革命。面对这场世界性的新世纪角逐，国内科学家已发出呼吁，不能再像微电子技术那样落后他国，应在国家层次上确定纳米科技发展战略，制定我国的纳米科技计划。突出重点，强化支持，并兼顾基础研究、应用研究和开发研究的协调发展。未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关，对于汽车制造商而言，纳米技术的有效运用，可说是技术升级、附加价值提升的最佳保证。鉴于纳米材料和纳米技术将对汽车新能源、新材料、新部件带来了深远的影响。汽车界也应对纳米技术的发展动态给予必要的关注，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为广泛的应用。参考文献：[1]王新国，沈虹，张佳蓉，等0纳米科技在汽车工业中的应用前景[J]，汽车工艺与材料，2002，（8/9）：27—30[2]杜振霞，贾志谦，纳米碳酸钙表面改性及在涂料中的应用研究[J]，北京化工大学学报，1999，26（2）99—101[3]刘景春，韩建成，跨世纪高新科技纳米材料一员——纳米SiO2[J]，涂料工业，1998，（1）68—70[4]徐林，宋一兵，郝志峰，等0稀土基汽车尾气催化剂的催化活性研究[J]，宁夏大学学报，201222（2）195--197