“陈光祖：让汽车产业爱上新兴的材料工程”

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(一)汽车产业的现代化建设，离不开众多高科技新兴材料项目的支撑，可以说在现代汽车产业推进的新一轮工业革命中，发挥着基础和先导的重要作用。 最近，国际汽车界流行着对新兴材料工程的印象学说。 “新材料、新汽车”

什么是新的材料工程？ 是指已经在应用中或研发中，以前传入的材料所没有的具有优良传导性和特殊功能的材料，它突破了以前传入的材料的局限性，成为了汽车产业划时代的创新驱动和巨大而迅速发展的推动力。 这里需要证明的是，新兴材料工程有两种类型。 一种是在自然资源中新发现和应用的高水平新型材料。 一种是广泛应用多种高科技手段，合成或加工而成的新型材料，这往往是复合型材料，但后者的新兴材料在迅速发展中居主导地位。

新兴材料项目的特点是，在汽车产业新常态和互联网形势的推动下，供给侧结构改革进程加快，新兴材料项目将进入快速发展的新时期； 要点在汽车轻量化中，目前铝、镁合金的应用仍占很大比例，但今后计划被超轻量化的新兴材料取代的某行业特定诉求迅速发展，将促进具有特定诉求特色的明显新兴材料的出现。 具有绿色、低碳、可回收、可回收、无公害的材料性能； 由于新兴材料工程结构多元化，多元素、多样性以复合的组成方式出现，对其跨境程度大、科技与新闻融合程度高和基础研究应用程度突出的汽车产业来说，不仅是前所未有的汽车改造升级，更是新能源 从现代诉求看，生物材料工程不断涌现，并深入到快速发展中，这为智能化材料快速发展、提供良好的硬软化实力，目前正在对新兴材料工程的新型理论加强研究，除常规理论外，还提出了波函数、电子云、量子态、电离能等新理念

(二)现代新兴材料工程的快速发展行业非常广泛。 在此，以探索和跟踪的思路，就比较时尚、新奇、前沿、实用的新兴材料工程典型案例做几个推荐。

(/h ) )感兴趣的液体金属)也称为金属玻璃，是低温溶解时，即固化的非晶质金属。 如果钢铁晶质的固体原子排列在一起，就像阅兵队伍一样，有非常整齐的秩序，如果非晶质的金属固体原子排列在一起，就像北京王府井大街上的熙熙攘攘，处于杂乱无序的状态。 液体金属兼具金属和玻璃的双重性能，一直以来都是非常强大的材料。 例如，粗细为4mm的液体金属棒，可以悬挂3吨物体，在强酸、强碱环境中也可以无损地工作，但其硬度像玻璃一样，非常坚硬，耐磨损性和耐久性优异。

目前，国际跨国汽车制造商已经使用液态金属制造高强度、耐磨、耐疲劳、耐腐蚀的汽车零部件，特别是应用于改装车和拖车，我科学院物理研究所已经与一些汽车制造商合作研究应用中 应该说液态金属在汽车工业中的应用前景非常广阔。

高级碳纤维复合材料是指碳含量超过90%的无机高分子纤维，其中碳含量达到99%的石墨纤维。 这种类型的材料比普通钢强度高、弹性模量大、疲劳强度高、耐冲击性能好、化学性能稳定、耐水、耐潮湿、摩擦系数小、耐高温。 在汽车上也可以用于制造车身、外壳、齿轮、轴承、密封圈、容器等零部件。 现在高级碳纤维复合材料是世界主要的生产厂家在日本如日本东丽、东邦、三菱成为该产品的主要供应商。 目前，美、德汽车企业和日本的相关公司正在合作、开发、应用碳纤维复合材料制造车身和车架问题。 这样一来，车身的重量比铝合金车身轻1/2，强度可能比常用钢材结实10倍。 新的车身从框架开始，制作后，用各种形状的表面覆盖皮，用高强度的粘接剂粘贴，个别地方为了加强粘接力，可以加一点铆钉，不焊接。 该车身已经应用于跨国汽车企业的试验。 近年来，由于大型航空空客机、高铁车辆等的诉求，我们碳纤维复合材料的开发制造取得了很大进步，为今后推进汽车应用提供了良好的机会。

(/h ) )精细工业陶瓷)我们把陶瓷业分为两类，有自古流传的陶瓷业和现代化精细工业陶瓷。

(/h ) )我们很了解以前流传的陶瓷行业，但几乎每天都有接触，离不开它。 以前流传的陶瓷是由厨房用品、卫生间用品、房间装饰陶瓷工艺品等天然无机物烧结而成，已经构成了我们日常用品的巨大市场体制，但是以前流传的陶瓷中也有不少创新的驱动问题，即使经过改进，也可以用于越来越多的工业和汽车

近来，随着科学技术和新闻产业的飞速发展，现代化的精细工业陶瓷几乎成为高科技产业材料革命的代表，被称为人类的“新石器时代”再度来临，核工业、航空空、航天、船舶、电力、电子、机械、汽车

精细工业陶瓷的原料也总的来说由天然无机物构成，但要求高纯度、优质、高功能的应用。 另外，在应用人工合成的无机物方面也做了很大的努力，形成了良好的导热性、低热膨胀、高刚性、硬度、强度和良好的电性能。

在这里，我们就将微细的工业用陶瓷应用于汽车的例子进行说明。 在活塞顶部、阀门、增压器、转子、发动机排气管、气缸套内壁等处涂布微细的工业陶瓷，大大达到“节能减排”的目的； 在汽油机和高压共轨柴油机喷油器上，应用压电陶瓷控制各种工况的喷射量，较好地降低喷射延迟，广泛应用于直喷、增压、可变气门的新型发动机； 对于蒸汽、柴油发动机后的解决器中的各种排放物的解决器，如三元催化剂的载体是应用非常微细的陶瓷气孔物质，随着排放标准的提高，载体不再变大，而是通过更微细的孔力解决和排放。 传感器中也经常使用微细的工业用陶瓷。 例如，应用于高难度的氧传感器时，可以提高检测的灵敏度。 在智能自适应神经互联网控制中，用高精度压电陶瓷制作了控制器，自适应实时性达到0.13微秒，比上一代控制器提高了约2.5倍。 目前，汽车精细工业陶瓷正在向更高端化的方向发展。

高分子材料也很惊人。 最近在巴西奥运会上，你见过游泳选手穿着又黑又长又遮身体的泳衣吗？ 你想象不到为什么要穿这样的泳衣而不是以前的窄三角裤子吗？ 这件泳衣也被称为“鲨鱼皮泳衣”，具有鲨鱼皮肤富有弹性、减少运动中的摩擦、将肌肉对凹凸度运动的阻力降到最低、能够诱发周围水流的流动等特点，因此发现大部分游泳运动员都戴着泳帽。 这件泳衣是应用超伸长性高分子合成材料制成的，是世界知名的澳大利亚speedo企业特别定制的，最早在2000年悉尼奥运会上使用，现在已成为第五代产品。 它是一种具有极轻、低电阻、防水、防寒、抗皱、无缝特点的特殊衣服。 这是高分子材料为某种特定诉求而创造的符合人体工程学的好衣服。 这只是一个小插曲。

那么高分子材料是什么？ 这是由我们熟知的塑料、橡胶、纤维、涂料、高分子复合材料等分子质量相对较高的化合物构成的材料，它在汽车上也有很多应用。 据说目前一辆轿车通常使用的高分子材料将达到230公斤，今后将不断增加，包括前后保险杠、挡泥板、后视镜、座椅、内外饰、照明器具、各种布料等。 应该说这些以前流传下来的零件也在不断地创新，和泳衣一样难以想象，甚至有可能达到了惊人的水平。

目前，对于高性能塑料、合成橡胶、生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维、优质涂料和胶粘剂，要求在汽车行业中得到应用。 例如，塑料燃料箱已经广泛应用于轿车，这种高绝缘性、耐高温、无焊接、可自由改变形状放置在底盘上，万一发生碰撞也不易开裂，在国内大量生产供应。 橡胶空气弹簧是一种向柔性胶袋中注入压缩空气或水的介质，利用其压缩性实现非金属弹簧的应用，广泛应用于各种汽车中。 目前，玻璃主要由硅酸盐材料制成，配合汽车应用夹层玻璃、钢化玻璃，以满足汽车的安全需要，但重量大，智能化改造困难，今后将逐渐被聚甲基丙烯酸的高分子透明材料替代。 目前，一些轿车的天窗已经使用了这种有机物玻璃，这种玻璃不仅透明度好，强度也不低，重量轻，更重要的是能够利用电气化等性能，应对各种气候变化，实现智能化要求的当今，汽车行业人士表示:“

超级光电材料和器件:现代超级光电材料和器件已经成为国民经济快速发展的焦点，具有重要的战术意义，当然也包括汽车产业。 权威专家认为，现代汽车上90%的重大创新涉及超导、超导、电阻、绝缘、软磁、永磁体、激光、测温、声学、电能、记忆、红外光等超功能材料，而权威人士则涉及未来的光电 这样光电材料和零部件面太宽，深度太大，只能从与汽车关系更密切的半导体芯片来说。

根据汽车微电子时代迅速发展的经验，这与半导体的芯片有很大的关系，这大致可以通过五个阶段进行探索。 第一阶段，1947年半导体晶体管诞生，其体积比电子管大幅减少，性能高、功耗低、重量轻。 这样，半导体晶体管于20世纪70年代相继应用于汽车，如晶体管收音机、电子点火控制器、交流发电机控制器等拉开汽车电子序幕的第二阶段约在80年代末，由于微控制器的发明和应用，一般为单片机 该高级芯片是计算机的微解决方案) cpu中许多部件的功能可以集中在新型芯片上，包括汽车发动机电子喷射系统的控制、自动变速器的电子控制、汽车的防抱死系统、汽车的电子控制备用 大大提高了汽车电子元器件的应用效率和功能，非常高级的第三阶段——90年底，即单片机进入嵌入式APP的年代，从时尚来说，电子元器件进入个性化APP应用的年代，更加深入地渗透了电控专业化功能，应用水平 嵌入式微解决方案也称为soc单片机，以过去的8位机为中心，进入了16位、32位、单独的64位高性能APP的时代。 因此，汽车如果追求什么样的功能芯片，你会供给什么样的芯片，需要每个顾客对芯片的个性诉求进行高功能芯片的设计和供给。 另外，汽车进入互联网时代，汽车在物联网的指导下运行远程信息技术，汽车在汽车行业的人们认为，这是一个五彩缤纷的单片机世界到来了。 第四阶段，即新世纪年代的新闻产业，包括大数据、云计算、大科学、移动网络在内的许多新兴产业取得了迅速惊人的快速发展，许多高新技术产业取得了划时代的快速发展，基础研发项目不断进入社会 此前流传下来的硅片快速发展也已到达极限，有可能出现金属、陶瓷、聚合物、复合物等新的纳米材料芯片，狭义的汽车电控概念已经过时，可以说是未来光电芯片快速发展的新阶段。 量子计算机的出现，即利用光电效应和量子纠缠效应协同进行的极其高速的计算，促成了光电超导芯片的诞生。 计算机数据不是分步计算，而是同步计算，其运算速度比Intelpentium 4芯片快10亿秒，相当于新闻火箭，瞬间检索整个地球乃至宇宙间的网络新闻，是安全可靠的。 促进知识、思考、联想、推理能够处理极其复杂的科技计算问题，成为汽车难以掌握的自动化动作问题的难点。 汽车飞行和下海都没问题，到底是什么样的汽车现在还不清楚。

应该说在世界上我国的计算机水平并不低。 我们的天河二号超级计算机已经连续四次保持世界第一，每秒浮点运算达到33.86千亿次。 天河三号超级计算机由天津滨海新区开发，预计全年完成，计算速度达到百亿秒，并可实现100%国产化。 另外，我国的量子计算也下了很多功夫，最近我们发射了“量子号”人类第一课量子科学实验卫星。 在量子计算机的基础研究方面也取得了进步，还可以在上海用飞秒激光技术刻上光电芯片。 中科院非局域量子模拟器上的新闻以1.9倍的光速传输取得了成果。 但是到目前为止我们汽车产业的芯片几乎都依赖外资企业的产品进口和购买 芯片这个汽车产业最重要的核心技术还没有自主发挥作用，但是今后芯片技术的迅速发展，是新老汽车人非常担心的事情。

纳米汽车的时代到来了。 现代汽车行业的科学技术活动中经常使用纳米一词。 纳米是什么？ 本身不是物质，而是一个尺度，和米、厘米、毫米是同一尺度单位。 但是，纳米尺度小得惊人，1纳米只等了十亿分之一米。 一般来说，人类头发的直径是六万分之一的纳米。 现在，按照国际惯例，介于1-100纳米之间的物体才被称为纳米技术和纳米结构的物体。 为什么这么说呢，因为在物体下降到纳米级后，物理化学等性能发生了巨大的变化，在人类文明的过程中，工业革命之前是毫米的时代。 工业革命到了20世纪中期，人类进入了微米时代。 但是，20世纪末期，随着高新技术和纳米技术不断快速发展，人类开始进入纳米时代，现代不可思议的纳米技术层出不穷，引发并推动了世界新工业革命的迅速发展，纳米经济的风暴将进一步加深。 钱学森指出:“纳米程度和纳米结构的物体是下一阶段科学技术快速发展的一个亮点，是技术革命，将在21世纪再次引发工业革命。” 纳米技术在微电子、光电、化工、制造业、钢铁、航空空、航天、医学、陶瓷、复合材料、生态环境等多个行业应用纳米技术，使该物体从基础性能上得到提高，起到了新的不可思议的效果 这几乎涵盖了汽车的所有方面，包括汽车产业，纳米汽车时代已经到来。

材料之王石墨烯:石墨烯是世界上近十年来新发明的超材料。 是由碳原子紧密堆积合成的二维晶体，是铅笔石墨一样的物质。 将其分离成薄片，再在薄片上贴上胶带，撕下，反复切割，形成极细的薄片体。 这样一直剥下去，石墨烯产品就会构成。

石墨烯是人类社会已知物质中最坚硬、透明性极高、韧性、电阻率极低、防水防热、资源丰富的完美材料，目前世界上几乎所有国家都在研发和推广石墨烯，中国正在世界范围内开发和应用石墨烯 目前，石墨烯有柔性触摸屏、海水淡化、电线电缆、病症治疗、导热材料、可穿戴设备、新型led灯具、电子新闻、能源存储、航空空航天、太/ [/] 防爆轮胎、健身服三星和苹果的竞争，是从高端智能手机转移到石墨烯应用的技术，将该材料的专利放在竞争首位，特别是研究开发碳纳米管和石墨烯合成的技术，通过高端新材料的研究开发应用，可以实现很多

在“中国制造2025”计划中，将石墨烯作为重要的新材料，纳入国家要点——快速发展战术。 年7月，“中国石墨烯产业技术创新联盟”成立，目标是促进石墨烯科研资源优化组合和加速产业化，预计全年中国石墨烯市场值将突破100亿元，超过1000亿元，但这仍是初期的生产能力， 目前，占国际总生产能力550亿元的国内，唐山、常州、重庆、深圳、宁波、上海、厦门、西安、青岛、无锡等地大力支持和快速发展石墨烯产业的新体系。

石墨烯作为汽车产业的新材料，可应用的行业太广了。 在这里，关于汽车在锂动力电池中的应用问题，至今存在很多争论，所以石墨烯可以用在任何地方，被认为很难应用在锂电池中。 据了解，目前石墨烯在太阳能电池、超级电容器、燃料电池方面的应用取得了较好的突破。 虽然新型太阳能汽车、超级电容客车已经在试用中，但在锂动力电池中的应用还存在问号，但目前还不能说没有使用，今后也无法使用。 最近得知锂动力电池的负极、正极、高导电剂电解液、生物学兼容性、防火性隔膜、高温自封性、防火防爆可能性、防火防爆可能性都在研究开发中，据说制造商也在投资，这是动力电池划时代的进展 希望早日看到。

(/h/)第三态金属钛合金)专家认为钛合金不是钢铁金属类，也不是有色金属类，而是可以自制的第三态金属。 钛资源丰富，重量轻，高于强度，耐热，耐腐蚀性好。 目前，它经常出现在钛铝镁等多元素合金中。 这种钛合金重量轻、耐高温、塑性好，克服了目前加工条件多、价格昂贵的问题，达到了技术简化，价格大幅度下降，因而得到了广泛的应用。 例如，在飞机、汽车、轮船、机车中被称为良好表皮材料的钛合金在汽车中还有一个重要的用途。 例如，使用钛合金代替不锈钢的消声器，使用钛合金代替镍系合金制造涡轮增压器的外壳和叶轮； 用粉末冶金钛合金锻造制造汽车发动机曲轴、连杆、阀门，如意大利法拉利2003emzo型超市在v12发动机上使用钛合金连杆； 另外，还有制造汽车贮氢器制造贮氢合金的铁钛合金。 在氢为液体的情况下，为了克服冷却到253℃后运转的巨大负担，现在正在进行少量的应用，进而考虑制作大型的氢运输船和大型车辆的大型贮氢体。

(/h ) )非常专业的磁流变液) mr )在最近的车展上可以看到半圆形的汽车方向盘，像飞机的方向盘一样多用于概念车，但是在这个汽车驱动的背后有非常专业的磁流变液材料在起作用。

磁流变液是一种可控流体智能材料，是包括汽车在内的当今工业行业中非常活跃的分支。 由于磁导率高、磁滞低，由微细的软磁性粒子和非磁性液体混合构成的磁悬浮体以母液、易磁化粒子、稳定剂三种物质为中心构成。 磁流变液处于零磁场时，粘度极低，无阻滞力，增强磁场作用，即表现出高粘度，使物体固化的特点，在极短的时间(通常在毫秒以内)内不断变化，达到控制某机械系统的目的。 在飞机中，特别是大型飞机，对于机翼、尾翼、起落架的控制，不得配置许多纯粹的机械机构，因此应用磁流变技术，大大简化了传导机构，能耗小、价格低、准确性好，包括颤振、噪声防止等效益 目前，应用模糊神经网络计算机系统、多圈磁流变阻尼器，智能控制远离司机的机翼、尾机、起落架。 上世纪末，国际跨国汽车企业也将磁流变液技术引入汽车，国内个别汽车公司也在试验中，这将使汽车智能传动达到高水平。

国际汽车业专家预测，未来电动汽车的应用可能有三个系统。 一个是轮毂电机直接驱动车轮，另一个是无线充电。 汽车动力电池的充电不用电桩，高速公路上有充电路，充电时汽车进入充电路自我充电。 这种汽车可以全天持续行驶，三是磁流变控制，从部分智能化应用提高到全自动驾驶。

(三)当我们的汽车产业意志消沉，群众纷纷要创造中国汽车奇迹的时候，我们明显感觉到在迅速发展汽车产业新型材料工程方面，长期以来存在着许多围墙和篱笆的现象。 你干，我干，你干生产，我干采购，两个产业的合作、融合、共享有了一些改善，但非常不够。 可以说，汽车产业的新兴材料项目中存在着依赖、隔离、固化、弱者、低端、动乱和杠杆。 现代汽车产业已经进入了新闻化、互联网化、全球化、社会化、大科学的快速发展年代。 为了从基础和先导的角度提高汽车产业的自主创新水平，我们一定要紧紧遵循新常态、互联网和制造业2025快速发展规划精神，共享改革、创新、融合、快速发展的理念。 如果对多年积累的疑难杂症果断开刀，果断触及深层次的优势关系和矛盾，坚决冲破思想观念上的束缚，冲破阻碍社会生产力快速发展的体制障碍，果断摆脱优质、高级应用新兴材料工程的水平，我们将自动 (搜狐汽车陈光祖) (/h/) )。

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