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科技前沿

科学家找到了让碳纤维耐高温的低成本、可扩展解决方案
来源:cnBetav  2021-07-27 14:47:33
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-11149.html       碳纤维具备很多优点,例如重量轻、强度大等,但它也存在一些缺点。科学家们一直在努力解决的一个问题是碳纤维在高温下的氧化,一个国际研究小组现在已经为这个问题找到了一个低成本、可扩展的解决方案——在熔盐中自我形成的保护涂层。


       由于生产工艺的提升,碳纤维已经具有很强的抗热性,能够在高达 800°C的空气中保持稳定。这使它非常适用于各种应用,从自行车架到汽车,到医疗设备,甚至是吉他。然而,当它被置于极端的温度下时,可能会遇到麻烦,例如在航空航天工业中遇到的情况。在这种条件下,它与氧气发生反应并燃烧,导致其结构和优异的性能迅速退化。

       由 Yongfeng Lu 带领,来自内布拉斯加大学林肯分校和法国波尔多凝聚态化学研究所的研究团队尝试攻关这个难题。Lu 表示:“碳纤维的一个弱点是,如果你有足够高的温度和氧气存在,它们很容易被烧毁。如果我们能使它们不易燃,使它们在暴露于火中时不会燃烧,那将是令人兴奋的”。

       在开发更耐火的碳纤维上,此前科学家已经取得了一些进展,但是这些进展都涉及到昂贵的设备,步骤也非常复杂,并且可能会遇到不可预测的化学反应。这项新研究的作者想出了一个简单而廉价的解决方案——从融化的盐开始。


        在 982°C条件下,一旦盐的晶体被还原成液体,钛和铬的粉末被添加到混合物中,然后碳纤维被引入作为最后的修饰。由于熔融盐混合物中材料的不同行为和反应,导致了一种化学反应,从而形成了具有三层不同的保护层。

       Lu 表示:“我们已经找到了一个配方,可以在单一状态下,通过一次浸渍,可以得到三层涂层。”在实验环境下,对采用新涂层的碳纤维材质进行测试,被置于约1200°C温度和氧乙炔火炬的极端条件下,碳纤维在整个过程中成功地保持其结构。由碳化铬和碳化钛组成的三层涂层被发现比单层涂层提供更多的保护。

       Lu 表示:“我们正试图增加能够将碳纤维与氧气分离的表面层,这样即使在高温下,也不会被烧毁。碳纤维可以用在很多方面,但如果它们是可燃的,那就会给系统带来新的风险,并使这些应用受到很大限制”。 文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-11149.html