陈光祖
汽车家当的当代化培植，离不开浩瀚高科技新兴材料工程的支撑，可以说当代汽车家当在新一轮家当革命中，它正扮演着根本和先导的主要角色。比来国际汽车界曾盛行着对新兴材料工程的一种形象说法：“一代新材料、一代新汽车。”
什么是新兴的材料工程呢？指的是已涌现和运用或正在研发中，拥有比传统材料不具备的优导性和分外功能的材料，但它又打破了传统材料的局限性，成为拓展汽车家当颠覆性创新驱动和巨大发展的推动力。这里要解释的是新兴材料工程有两大类型：一是在自然资源中新创造和运用的高水平新型材料；一是广泛运用多种高科技手段，经由合成或加工的新型材料，这每每是一种复合型材料，而后者的新兴材料正在迅速发展中，将是居主导地位。
新兴材料工程的特色是：在汽车家当新常态和互联网+形势推动下，供给侧构造性改革进展加快，推动新兴材料工程进入加快发展的新期间；重点运用于汽车轻量化上，当前的铝、镁合金运用仍占很大比例，而今后将逐步为超轻量化的新兴材料所替代；由于某发展领域的特定需求，促进了具特定需求特色显著新兴材料的涌现，匆匆使某领域的产品和经济得到打破性进展，这已显现创新急迫办理问题的一种好办法；该当是具有绿色、低碳、可循环利用，可回收的，无公害的材料性能；新兴材料工程构造应是多元化，多元素、多样化的以复合组成办法涌现，以是它的跨界度很大，科技和信息领悟度很高，以及根本性研究运用的程度也很突出；对汽车家当来说不仅大量的运用在传统汽车的改造升级上，对新能源汽车，尤其是电动汽车，自动驾驶汽车上运用，都提到主要议事日程；从当代需求看，生物质料工程将不断呈现和深透发展之中，这对发展智能化材料，供应良好的软硬化实力；当前正在对新兴材料工程的新型理论加强研究，除了常规理论外，还对新提出波函数、电子云、量子态、电离能等新理念进行研究，开拓新型材料的新视野和知识水平，加速新兴材料工程理论体系的形成和发展。
新兴材料推举
当代新兴材料工程发展领域十分宽广，这里我们以探索和追踪的思路，比拟较时尚、奇特、前沿、实用的新兴材料工程一些范例事例作些推举。
有趣的液态金属：又叫金属玻璃，它是一种在低温熔炼时，即行固化的非晶态金属。如果说钢铁晶态固体的原子排列，好比阅兵军队，十分整洁有序，而非晶态金属的固体原子排列，就好比北京王府井街道上熙熙攘攘的人群，处于凌乱无序状态。液态金属兼有金属和玻璃的双重性能，成为迄今为止十分强劲的一种材料，如一根4mm粗的液态金属棒，可以悬吊起了3吨物体，并能在强酸，强碱环境中无损无缺运作，而它的硬度却像玻璃那样，十分坚硬具有相称好的耐磨性和耐用性。
当前，在国际上跨国汽车厂商已用液态金属用于制造高强度、抗耐磨、抗疲倦、抗堕落的汽车零件，特殊是在改装车和房车上运用比较多，我们中科院物理研究所已和一些汽车厂商互助研究运用中。应该说液态金属在汽车家傍边的运用前景十分广宽。
高档次的碳纤维复合股料：是指含碳量高于90%的无机高分子纤维，个中含碳量达99%的叫石墨纤维。这种类型材料强度比一样平常的钢还高、而弹性模量又很大、疲倦强度高、耐冲击性能好、化学性能稳定、耐水耐湿气好、摩擦系数小、耐高温。在汽车上可用于制造车身、壳体、还可用于制造齿轮、轴承、密封圈、容器等零部件。目前，高档次的碳纤维复合股料在世界上紧张生产厂商在日本、如日本东丽、东邦和三菱成为该产品紧张供应商。当前，美国、德国汽车公司和日本相关企业互助、研发和运用碳纤维复合股料制造车身和车身框架问题，这样车身的重量可能比铝合金车身还减轻1/2，而强度则比常用的钢材结实10倍。新型的车身从框架开始，制成后用各种形状的表面蒙皮，以高强度的粘接剂粘上，个别地方为加强附着力，加上一些铆钉，而不用焊接了，这种车身已在一些跨国汽车公司试验运用中。近年，由于大型航空客机，高铁车厢等需求，我们的碳纤维复合股料研发制造有了很大进步，这对推动今后汽车上的运用供应了良好机遇。
风雅工业陶瓷：我们把陶瓷业分为两大类，有古老传统的陶瓷业和当代化风雅工业陶瓷。
对传统的陶瓷业我们再认识不过，险些每天打仗，离不开它。传统陶瓷是由天然的无机物烧结制作而成，如厨房用具，卫生间用品、房间摆设陶瓷工艺品等，已构成我们日常用品巨大市场系统编制，不过对传统陶瓷品也有不少须要创新驱动问题，我们十分期望，经由改进也能更多的用在工业和汽车上。
比来，随着科技和信息家当的迅速发展，当代化的风雅工业陶瓷险些成为高科技家当一种材料革命的代表，被称为人类“新石器时期”重新来临了，它在核工业、航空、航天、船舶、电力、电子、机器、汽车、医疗、海洋开拓、新能源、环境奇迹上都得到广泛深入运用，也和传统的陶瓷业一样，险些样样产品都离不开它，而且运用前景十分优秀。
风雅工业陶瓷的质料总的讲也是天然无机物构成，但哀求要达到高纯度、高质量、高功能的运用，同时运用人工合成的无机物上也下了很大功夫，形成好的导热性、低热膨胀、高刚度、硬度、强度和好的电学性能。
这里说些汽车上运用风雅工业陶瓷的例子。在活塞顶部、气门、增压器、转子、发动机排子管、气缸套内壁等都喷涂上风雅工业陶瓷，很大的达到“节能减排”目的；在汽油电喷发动机和高压共轨柴油机的喷油器上，运用一种压电陶瓷来掌握各种工况的喷油量，很好的降落了喷油的迟滞性，在直喷、增压、可变气门新型发动机上广泛得到运用；对汽、柴油发动机后处理器上各种排放物的处理器，如三元催化器的载体便是运用非常风雅的陶瓷气孔物质造成的，随着排放标准提高，载体不是加大，而是用更风雅的孔劲来处理和排污了。在传感器上也不少运用风雅工业陶瓷，如难度较大的氧传感器上运用，能很好提高检测的灵敏度。在智能自适应的神经网络掌握上，运用高精度压电陶瓷制成掌握器,自适应实时性达到0.13微秒，比前一代的掌握器险些提高了2.5倍。当前汽车上风雅工业陶瓷正在向更加高端化方向提高。
高分子材料也很惊人：近日在巴西奥运会上，不知道你是否看到拍浮运动员穿的是又黑又长很遮体的泳衣，很难想像为什么要穿这样的泳衣而不是过去很狭小的三角裤呢？据理解这种泳衣又称为“鲨鱼皮泳衣”，它是模拟鲨鱼皮肤那种富弹性，在运动中减少摩擦，对肌肉凹凸度运动的水阻力可减到最低，可以勾引周围水流的流向等上风，以是险些所有拍浮运动员都穿上了，包括泳帽。这种泳衣 是运用超伸展性高分子合成材料，由天下著名的澳大利亚SPEEDO公司专门特制的，最早在2000年悉尼奥运会上用上，现在已经是第五代产品了，具有极轻、低阻、防水、防冷、无皱褶、无缝点的特种衣服。这便是高分子材料为某一特定需求，而创造出来的符合人体工程的好衣服。这只是一个插曲。
那么什么是高分子材料呢？它是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，如我们认识的塑料、橡胶、纤维、涂料和高分子复合股料等，这在汽车上也运用很多。听说当前在一辆轿车上一样平常运用高分子材料可达到230公斤，今后还要不断的在增加，如前后保险杠、档泥板、后视镜、座椅、内外饰件，灯具、各种布料等等，该当说这些传统的零部件也在不断创新之中，有的可能达到像泳衣一样令人难以想像和惊人的地步。
当前对高性能塑料、合成橡胶、生物纤维、纳米纤维、新聚合物纤维、高质量涂料和黏合剂，都寻求在汽车领域深入运用中，如塑料燃油箱已广泛运用于乘用车上，这种高绝缘，耐高温、没有焊缝，可随意改变形状支配在底盘上，在万一撞击时也不易分裂，海内已大量生产供应。橡胶空气弹簧是一种柔性的橡胶囊中注入压缩空气或水介质，利用其可压缩性，实现非金属弹簧的运用，已较广泛运用在各种汽车上。当前玻璃紧张是硅酸盐材料制成，在汽车上运用夹层膜玻璃，钢化玻璃，以适应汽车安全须要，但重量较大，智能化改造较难，往后将逐步为以聚甲丙烯酸的高分子透明材料所逐步替代，目前有些轿车的天窗已经采取这样有机物玻璃，这种玻璃不但透明度好，强度也不低，重量轻，更主要的是可以利用电化等性能，适应各种不同景象变革，实现智能化哀求，而且万一发生事件不易伤人，这在飞机上早已运用了。现在汽车界人士说：“塑化汽车”年代到来了，这是对汽车运用高分子材料多么好的期待。
超级的光电材料与器件：当代超级的光电材料和元器件已成为国民经济发展一个焦点，具有重大的计策意义，当然也包括汽车家当在内。威信专家预测，当代汽车上的重大创新，90%与超级的光电材料和元器件有关系，如半导体，超导、电阻、绝缘，软磁、永磁、激光、测温、声学、电能、影象，红外光等等超功能的材料，而且威信人士表示，未来光电“耦合”属性的光电升级版物体，有助于人类实现量子时期的到来。这样光电材料和元器件面太广宽，深度太大，我们只能从与汽车关系更为密切的半导体芯片来讲。
从汽车微电子时期发展经历来看与半导体的芯片有着很大关系，这大致可用五个阶段来探索：第一阶段， 1947年半导体晶体管出身，它体积比电子管大大减小，效能高、功耗低、重量轻，这样半导体晶体管在上世纪70年代相继运用于汽车上，如晶体管收音机，电子点火掌握器，互换发电机掌握器等，打开了汽车电子序幕，属于汽车电子初期运用年代。第二阶段约在80年代末，由于微掌握器的发明和运用，通称单片机（MCU），这种高等芯片可以将打算机的微处理器（CPU）中不少元器件功能集中到新型的芯片上，大大提升了汽车电子器件的运用效率和功能，如汽车发动机电子喷油系统掌握、自动变速箱电子掌握、汽车防抱去世系统、汽车稳定性掌握系统、汽车电控悬架等，一辆比较高档的轿车，就拥有约100个的MCU，汽车电子进入微型化运用时期。第三阶段，90年末，即单片机进入嵌入式运用年代，用时尚的话便是电子元器件进入个性化运用年代，使电子掌握专业化功能更加深透，运用水平更高，集成度，系统化掌握水准更深。嵌入衰落处理器也叫SOC单片机，从过去的8位机为主，进入了16位，32位，个别64位高功能运用时期，以是也叫用户定义的集成电路（CSIC），便是说汽车需求什么样的功能芯片，你就供给什么样的芯片，要按客户对芯片个性化特色需求进行高功能芯片设计和供给，还有汽车进入网络时期，汽车在物联网辅导下实施车联网，如何实现更好的人、车、路协同运行，SOC同样也发挥了很好的核心浸染。汽车界人士认为，这是色彩斑斓的单片机天下来临了。第四阶段，即新世纪年代信息家当包括大数据、云打算、大科学、移动互联网浩瀚新兴家当迅速惊人的发展，不少高科技家当实现打破性发展，根本性研发项目都不断投入社会领域运用，这样供应了对汽车家当芯片带来了新的哀求，传统的硅质芯片发展也到了极限，于是可能涌现金属、陶瓷、聚合和复合物一类新型纳米材料的芯片，狭义的汽车电子掌握观点后进了，要大力解放思路和方法，欢迎汽车广义的电子掌握的时期来临。第五阶段也可以说是未来光电芯片发展新阶段。量子型打算机的涌现，即利用光电效应和量子纠缠效应协同进行的极速打算，于是匆匆使光电超导芯片的出身，打算机数据不再是分步进行，而是同步打算，其运算速率比因特尔奔驰4芯片快10亿秒次，相称于一枚信息火箭，在瞬间征采全体地球，以至宇宙间的互联网信息，而且安全可靠，匆匆使知识、思维、遐想、推理能办理极为繁芜的科技打算问题，对汽车来说成了轻而易举的可办理自动化动作问题的难点，汽车可以翱翔，可以下海都不存在问题，到底是什么样的汽车现在还不知道。
在世界上应该说我国的打算机水平不算低，我们“天河二号”超极打算机已连续4次蝉联天下第一，每秒浮点运算达到33.86千亿万次，“天河三号”超极打算机已在天津滨海新区研发，估量2018年完成，打算速率达百亿亿秒次，而且可以实现100%国产化。同时，我国量子打算方面也下了不少功夫，近日我们发射了“量子号”人类第一课量子科学实验卫星。在量子打算机根本研究方面也不断取得进步，在上海用飞秒激光技能刻制出光子芯片也落地了。同时中科院在非局域量子仿照器上的信息以1.9倍光速传输得到成果。但必须指出，至今我们汽车家当的芯片基本全靠入口和采购外企的产品，芯片这个汽车家当的最重大的一个核心科技还无法自主运作，而今后芯片的科技又发展这样快，这是新老汽车人感到非常愁心的事宜。
纳米汽车时期来了：当代在汽车界科技活动中常提到纳米这个词，纳米是什么？它本身不是物质，是一种尺度，和米、厘米、毫米一样的尺度单位，不过纳米尺度小到令人吃惊的地步，一纳米只等10亿分之一的米，普通讲人的一根头发直径即是6万分之一的纳米，现在国际上老例认为处于1-100纳米之间的物体，才称得上纳米技能和纳米构造的物体，由于当物体降到纳米级时，在物理化学等性能产生了巨大变革，提升了纳米技能精良的独占性上风。在人类文明进程中，认为工业革命之前是毫米时期，工业革命到了20世纪的中期，人类跨入微米时期，而20世纪末期，随着高科技与纳米技能不断深入发展，人们认为人类开始进入纳米时期，当代神奇的纳米技能不断呈现，将引发和带动天下新一轮家当革命的发展，也将更深刻的刮起一场纳米经济的风暴。钱学森指出：“纳米旁边和纳米构造的物体是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技能革命，从而将引起21世纪又一次家当革命”。事实证明纳米技能在微电子、光电、化工、制造业、钢铁、航空、航天、医学、陶瓷、复合股料、生态环境等诸多领域运用纳米技能，匆匆使其物体从根本性能上提升，产生新型神奇动效，这包括汽车家当在内，险些涵盖一辆汽车的所有方方面面，于是纳米汽车时期到来了。
材料之王石墨烯：石墨烯是天下近十年来新发明的超级材料。它是一种由碳原子紧密堆积和合成的二维晶体，类似铅笔的石墨那样的物质，把它分离成薄片，又在薄片上贴胶带，再进行剥离，反复切割，形成极为细薄的片体，便是这样的一贯剥下去，就构成了石墨烯产品。
石墨烯是人类社会已知物质中最为坚硬透明度极好，又有韧性，电阻率极低，防水防热，资源丰富的完美材料，现在天下上险些所有国家都在研发和实行中，中国是天下上研发和运用石墨烯最为强大的一个国家，而且在不同的领域不断深化家当化运用。现在已知石墨烯可运用在柔性触摸屏、海水淡化、电线电缆、病症治疗、导热材料、可穿载设备、新型LED灯具、电子信息、能源存储、航空航天、太空衣饰、集成电路与芯片、智能传感器、超级电容、生物医药、防爆轮胎、康健衣服、防火衣等等，新的用场还在不断增加之中。听说三星和苹果的竞争，将从智好手机转向石墨烯运用的技能上，把这个材料的专利放到竞争的首位上，特殊是研发碳纳米管和石墨烯合成的技能结合上，期望通过高端新材料研发运用，集成浩瀚高科技家当上，以此带动天下经济翻天覆地的变革。
《中国制造2025》方案中，将石墨烯作为一种主要新材料，纳入国家重点发展计策中，2013年7月《中国石墨烯家当技能创新同盟》成立，力求促进石墨烯科研的资源优化组合和加快家当化进程，估量2015年中国石墨烯市场值已打破100亿元，2020年将超过1000亿元，但这还是初创期间的产能，却占国际上总产能50%以上，而从未来不雅观念看将是不可预测的高到什么水平。当前，海内涵唐山，常州，重庆，深圳，宁波，上海，厦门，西安，青岛，无锡等地都把石墨烯作为重点家当加以大力支持和发展，以此来创建我国石墨烯家当新体系。
石墨烯作为汽车家当的新型材料，可以运用的领域太宽广了，这里仅讲一个汽车锂动力电池上运用问题，由于至今还有不少争议，认为石墨烯什么地方都可用，对锂电池还难以用上。据理解目前石墨烯在太阳能电池，超级电容，燃料电池上运用已取得较好打破，新型的太阳能汽车，超级电容公交车已经在试用中，但对锂动力电池的运用上还是个问号，但不能说现在还未用上，今后也就不能用，据理解它在锂动力电池的负极，正极，高导电剂电解液，生物性兼容，防火性隔膜，还有高温自闭性，可防火防爆，快速充电等项目运用都在研发中。最近听说人们称一种“烯王电池”在研发中，也有厂商去投建资，这将为动力电池取得打破性进展在努力，但愿能早一天看到。
第三态金属钛合金：专家认为钛合金不属于钢铁金属类，也不属于有色金属类，是有可能自建的第三态体金属。钛的资源丰富，重量轻，比强度高，耐热，耐蚀性好，当前常以钛铝镁等多元素合金涌现，这种类型钛合金，既减轻重量而且耐高温，塑性优秀，既战胜目前加工条件繁芜本钱高，还可达到工艺简化，本钱较大低落，以是得到了很广泛运用，如在飞机，汽车，轮船，机车上被称为与良好的蒙皮材料，与工程塑料，玻璃纤维复合股料的运用各有上风，形成强烈的竞争态势。钛金合在汽车上还有一些本家儿要用场，如以钛合金代替代不锈钢的消声器，以钛合金制造涡轮增压器壳体和叶轮代替镍基合金；以粉末冶金钛合金铸造制造汽车发动机曲轴、连杆，气门，如在意大利法拉利2003EMZO型超级汽车上V12发动机就采取钛合金连杆；还有一种铁钛系钛合金，制成吸氢合金，用以制造汽车上氢气贮藏器，战胜氢气在液态时，需降温到一253℃运作的沉重包袱，目前已有作少量运用中，进一步则考虑制成大型的氢运输船和大型车辆的大型氢贮藏体。
很专业的磁流变液（MR）：在比来的车展上人们都看到一种具有半园形的汽车驾驶盘，像飞机的驾驶盘一样，多用在观点车上，而这种汽车驱动的背后便是一种十分专业的磁流变液材料在起浸染。
磁流变液属于一种可控的流体智能材料，已成为当前一些工业领域，包括汽车，十分生动的分支。它具有良好的高磁导率，低的磁滞性，可以运用微细的软磁性颗粒和非导磁性液体，稠浊在一起而构成的磁浮体，归纳起来是由母液，易磁化颗粒和稳定剂三种物质为主构成的。当磁流变液处于零磁场时，呈现的是极低粘度，没有阻滞力，当在加强磁场浸染时，即呈现出高粘度，固化物体的特性，在极短的韶光段（一样平常在毫秒内），的不断变革，从而达到对某一机器系统掌握的目的。在飞机上，特殊大型飞机对机翼，机尾，起落架的掌握，不可支配浩瀚的纯机器机构，以是运用磁流变技能，极大的简化传导机构，能耗很小本钱低，精确性好，包括防颤振，防噪音等好处。当前已运用模糊神经网络打算机系统，一种多旋转式磁流变阻尼器，对阔别驾驶员的机翼，机尾，和起落架进行智能掌握。上世纪末国际跨国汽车公司也对磁流变液技能引入汽车上，海内个别汽车企业也在试验中，这将使汽车智能传动达到高度的水平。
国际汽车界专家预测，未来的电动汽车运用可能有三大系统，一是轮毂电机直接驱动车轮，二是无线充电，汽车动力电池充电不用电桩，在高速路上有充电道，要充电时汽车驶入充电道自行充电，这种汽车可以一天一直的在奔跑，三是磁流变掌握，从部分的智能化运用提升到全自动驾驶上。
在我们汽车家当斗志昂扬，众志成城的不断去创造中国汽车奇迹的时候，我们明显的感到在发展汽车家当新型材料工程方面，却长期的存在着不少围墙和竹篱征象，你干你的，我干我的，你管生产，我管采购，两个家当的协同，领悟、共享虽有一些改进，但非常不足，可以说汽车家当新兴材料工程存在着依赖，隔离，固化，弱势，低端，动荡和杠杆，当代汽车家当已进入信息化，网络化，环球化，社会化，大科学的发展年代，为了从根本和先导角度提升汽车家当自主创新水平，我们一定要武断的按新常态，互联网+和制造业2025发展方案精神，以改革，创新，领悟，共享发展理念，敢于向积存多年的顽疾开刀，敢于触及深层次利益关系和抵牾，武断冲破思想不雅观念上束缚，武断破除利益固化藩篱，武断打消妨碍社会生产力发展的系统编制障碍，高质量，高度化运用新兴材料工程水平，相信我们可以匆匆使汽车和材料成为鸟之两翼，车之两轮，携起手来走到一起，共同为培植汽车强国再立新功。
