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高鐵“超級充電線”!石墨烯和銅“聯姻”,中科院深圳先進院全力研發
更新時間:2021-09-04 瀏覽數:
飛馳的高鐵上,目之所及是車內舒適的環境和窗外快速掠過的景色,卻很少有人關注到列車上方的接觸網導線,而這個接觸網卻肩負重要職責:為高鐵提供電能。



如今我國高鐵正向時速400公里邁進,對接觸網也提出了更高的要求:導電性要高,要扛得住日曬雨淋,還要扛得住摩擦導致的高溫。近日,中科院深圳先進院副研究員王鑫告訴深圳商報記者,他們正在研發石墨烯+銅的高鐵“超級充電線”。


“超級銅”可節約用電


高鐵軌道上方都設置了接觸網導線,通過車身上的列車受電弓,將電能從導線接入到車中。



這根導線看似平常,卻絕不簡單:除了導電性能和耐用程度,在列車時速達到300公里以上時,受電弓和接觸網導線摩擦,會產生高溫,導線必須在這種高溫下也保持性能良好。換言之,導電性、柔韌度、硬度和強度缺一不可。


銅具備良好的導電性,被確定為導線的主要材料之一。由于其強度差,人們又在不斷尋找另一種金屬來形成優勢互補,并最終確定了銅鎂合金。


“我國高鐵時速馬上要達到400公里,這就需要升級版的‘超級導線’,我們覺得石墨烯+銅是很好的解決方案?!蓖貊胃嬖V記者。


事實上,業界已開始研究石墨烯+銅的組合。這種新型復合材料的超高導電性能,比導電性能之王——金屬銀,還要高出10%,被美國銅協會認定為目前室溫測到的、最高導電率的金屬材料。



此前中國中車研發出的“超級銅”,正是由石墨烯+銅組成。據報道,全國電機中,若10%的電機替換為超級銅,則每年可節約用電27.2億度,約相當于葛洲壩電站兩個月的發電量。


讓電子坐上高速列車


不過,石墨烯和銅的“聯姻”之路并非一帆風順。如何讓兩者混合更均勻,是難題之一。


此前的研究中,大多用銅粉和石墨烯粉混合,來制備這種新型復合材料?!斑@是微米級別的混合,雖然可操作性強,但我們覺得還能進一步提升?!蓖貊胃嬖V記者。



△團隊制備的石墨烯+銅接觸線樣品


為此,團隊創新性地從銅結晶過程中就開始調控,讓兩者達到原子、分子級別的混合。大概操作過程為,將石墨烯和銅放進一個有機體系里,通過調控它們的反應速度,讓銅均勻地沉積在石墨烯表面?!皟烧邇瀯莼パa,能讓電子又多,跑得又快,就像電子也坐上了高速列車?!蓖貊握f。


如今,實驗室已完成了樣品的制備。與此同時,為進一步提高材料性能,團隊還自主研發了一種算法,通過高通量篩選,從不同種類的石墨烯中,找到最合適的那一種。


據王鑫介紹,這種新型復合材料不僅可應用于高鐵接觸網,還可用于日常供電的電網等多種場景。


原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/S_8j6ht5B8E0uWzJvZJiTw

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