碳纳米管取代超轻电机的金属线圈

无论是电动汽车、无人机还是航天器，未来交通的一个常见技术挑战是轻量化。

减轻车辆重量不仅可以降低能耗，还可以提高电池效率并增加续航里程。这被认为是与可持续性直接相关的关键技术，因为它提高了整个系统的性能，从而有助于减少碳排放。

特别是电动机是大多数电动汽车的重要组成部分，线圈在电动机的总重量中占很大比例。

到目前为止，铜等金属因其高导电性而被用作线圈的主要材料，但人们一直指出，它们有各种局限性，例如难以获得资源、价格波动以及高密度导致的重量问题。

韩国科学技术研究院（KIST）复合材料研究所的Dae Yoon Kim博士和他的团队成功地使用碳纳米管（CNT）构建了电动机的线圈，不使用任何金属，并将其实现到可以实际运行的程度。

该团队通过将碳纳米管制成的线圈应用于电机进行实验，发现电机的每分钟转数（RPM）可以根据输入电压稳定控制。这表明，将电能转化为机械旋转力的电机的基本操作可以在没有金属的情况下完成。

这项工作发表在《先进复合材料和混合材料》杂志上。

碳纳米管是一维管状纳米材料，碳原子排列成六边形蜂窝结构，已知比普通金属轻得多，同时具有优异的导电性、机械强度和导热性。

这些特性作为下一代材料长期以来一直备受关注，但碳纳米管在现实世界的工业应用中面临着许多障碍。

其中一个技术障碍是制造过程中使用的催化剂金属残留。这些仍然是碳纳米管表面的金属颗粒，降低了它们的电性能，而电性能与电机性能直接相关，因此很难在高性能部件中使用碳纳米管。

该团队开发了一种新的碳纳米管纯化工艺，该工艺利用液晶的排列原理，液晶是一种“第四种物质状态”，被称为液体和固体之间的中间状态。该过程自然地解决了碳纳米管排列过程中的强烈聚集，有效地去除了残留在表面上的金属颗粒。

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最重要的是，它能够在不损坏碳纳米管纳米结构的情况下选择性地去除杂质，使其与现有的液相和气相纯化方法截然不同。纯化的碳纳米管显示出电导率的显著提高，这可以达到可以应用于实际电动机的水平。

“通过开发一种前所未有的高质量碳纳米管技术的新概念，我们能够最大限度地提高碳纳米管线圈的电气性能，从而在没有金属的情况下驱动电动机，”KIST的Dae Yoon Kim博士说。

“基于碳纳米管材料的创新，我们将率先将电池导电材料、半导体薄膜和机器人电缆等材料本地化。”