全球碳減排行動深入,交通領域電氣化驅(qū)動新能源汽車數(shù)量高增,與此同時新型材料的出現(xiàn)為新能源汽車的推廣帶來了優(yōu)勢條件。金剛石作為具有獨特物理化學特性的新型材料,也將在新能源汽車領域上廣泛應用與助力。
IGBT功率模塊下一代散熱材料——金剛石熱沉片
新能源車的電機驅(qū)動部分,*核心的元件就是IGBT。電動汽車用IGBT模塊的功率導電端子需要承載數(shù)百安培的大電流,對電導率和熱導率有較高的要求,為大幅提高IGBT功率密度、散熱性能與長期可靠性,高效的散熱方案尤其重要。
金剛石材料的熱導率和電學特性優(yōu)勢十分顯著,沒有任何明顯短板,其熱導率可達2000W/m.k,是銅、銀的5倍,又是良好的絕緣體,這也使得金剛石器件擁有更高的功率處理能力,也意味著采用金剛石微波功率器件的電子系統(tǒng)有望擺脫龐大笨重的散熱模塊而實現(xiàn)輕量化、小型化。此外,在熱導率要求1000~2000W/(m.k)之間,金剛石是*以及*可選熱沉材料,對于IGBT功率模塊的散熱問題,金剛石熱沉片的超高熱導率可以實現(xiàn)高效散熱。
金剛石刀具在汽車行業(yè)中的應用增加
近年來,隨著汽車制造業(yè)大量應用輕型材料,如鋁合金、復合材料等,而金剛石刀具(PCD)在上述材料加工中有明顯的優(yōu)勢。PCD刀具由聚晶金剛石刀尖和硬質(zhì)合金基體經(jīng)高溫高壓燒結而成。既能發(fā)揮金剛石高硬度、高導熱系數(shù)、低摩擦系數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、與金屬和非金屬親和力小、彈性模量高、無解理面、各向同性等眾多優(yōu)勢,又兼顧了硬質(zhì)合金的高強度。
在變速箱殼體的某些工序加工中,將原來采用的硬質(zhì)合金鏜刀改為金剛石刀具,刀具壽命甚至可提高到數(shù)萬件,其經(jīng)濟效益是非常明顯的。目前,新能源汽車中電機殼、軸類零件、電池盒、差速器等部件均需要金剛石工具加工。
金剛石量子傳感器可將電動汽車駕駛范圍擴大10%
電動汽車的剩余行駛里程很難準確預測,目前的電池電流傳感器無法準確預測電量。因為電動汽車的電池電流*高可達數(shù)百安培,而平均電流僅為10安左右,而普通傳感器在保持數(shù)百安培的動態(tài)范圍時,沒有幾十毫安的精度,所以充電狀態(tài)必須以大約10%的模糊估計,這使得電池使用效率低下。
東京工業(yè)大學研究人員提出了一個解決電動汽車低效的方案。在《科學報告》(ScientificReports)上發(fā)表的研究中,該團隊報告了一種基于金剛石量子傳感器的檢測技術,該技術可以在測量電動汽車大電流時,以1%的*度估計電池電量。
利用金剛石制成的金剛石量子傳感器應用于新能源汽車,電流測量范圍為±1,000A,精度為10mA,可以有效降低電動汽車的車載電池容量,并通過減輕重量等來改善功耗,將大大減少交通領域的CO2的排放量,助力全球節(jié)能減排綠色發(fā)展。
金剛石涂層
金剛石涂層是指金屬工具與金剛石薄膜的結合,隨著科技的發(fā)展,金剛石涂層技術不斷創(chuàng)新與完善,在汽車、航天、金屬零部件以及切削工具方面都得到有效的應用。在汽車涂料中引入納米金剛石進行增韌增強的改性,可明顯提高涂膜的抗沖擊性能。
金剛石為電動汽車提供動力
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory,LLNL)的科學家在《應用物理快報》上發(fā)表了一項研究,提出利用鉆石作為超寬帶隙半導體來更有效地為電網(wǎng)、機車甚至電動汽車供電。
該項研究也表明,此類鉆石開關可用于能源輸送系統(tǒng),該團隊展示了其能夠?qū)崿F(xiàn)兆瓦級的射頻發(fā)電裝置,只是需要優(yōu)化鉆石的高頻率響應能力。
總之,金剛石在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的應用前景廣闊,隨著相關技術的不斷發(fā)展,其潛力將得到進一步的釋放。
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