,,

由碳纖維制成的輕質(zhì)材料，類似于用于一些網(wǎng)球拍和自行車的材料，結(jié)合了卓越的強(qiáng)度和低重量，但這些材料的生產(chǎn)成本比由鋼或鋁制成的類似結(jié)構(gòu)件要高?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和其他地方的研究人員想出了一種用超廉價(jià)原料制造這些輕質(zhì)纖維的方法：煉油過(guò)程中留下的沉重、粘稠的廢料，這些材料今天被煉油廠提供給低價(jià)值的應(yīng)用，如瀝青，或最終作為廢料處理。

新的碳纖維不僅制造成本低，而且它比傳統(tǒng)的碳纖維材料有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢杂袎嚎s強(qiáng)度，這意味著它可以用于承重應(yīng)用。2022m年3月18日，《科學(xué)進(jìn)展》雜志在研究生阿斯米塔-賈納、研究科學(xué)家尼古拉-費(fèi)拉利斯、教授杰弗里-格羅斯曼以及麻省理工學(xué)院、懷俄明州西部研究所和田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的其他五人的一篇論文中描述了這一新工藝。

這項(xiàng)研究大約在四年前開始，以響應(yīng)能源部的要求，該部正在尋求通過(guò)降低汽車的整體重量使其更加高效和減少燃料消耗的方法。更重的汽車需要更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，更強(qiáng)的剎車，等等，所以減少車身或其他部件的重量會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生額外的減重。美國(guó)能源部正在推動(dòng)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，這些材料不僅可以與今天的傳統(tǒng)鋼板的安全性相媲美，而且其制造成本也足夠低，有可能在標(biāo)準(zhǔn)車輛中完全取代鋼材。

由碳纖維制成的復(fù)合材料并不是一個(gè)新的想法，但迄今為止，在汽車領(lǐng)域，它們只被用于少數(shù)非常昂貴的車型。這項(xiàng)新的研究旨在通過(guò)提供低成本的起始材料和相對(duì)簡(jiǎn)單的加工方法來(lái)扭轉(zhuǎn)這一局面。目前汽車用碳纖維的質(zhì)量至少為每磅10至12美元，而且"可能會(huì)更高"，對(duì)于像航天器部件這樣的特殊應(yīng)用，每磅可達(dá)數(shù)百美元。相比之下，鋼的價(jià)格約為每磅75美分，鋁的價(jià)格為2美元，盡管這些價(jià)格波動(dòng)很大，而且這些材料往往依賴外國(guó)來(lái)源。他說(shuō)，按照這些價(jià)格，用碳纖維而不是鋼制造一輛皮卡的成本大約會(huì)增加一倍。

這些纖維通常由來(lái)自石油的聚合物（如聚丙烯腈）制成，但要使用昂貴的中間步驟來(lái)聚合碳化合物。聚合物的成本可能占到最終纖維總成本的60%以上。現(xiàn)在該團(tuán)隊(duì)的新方法不是從使用精煉和加工的石油產(chǎn)品開始，而是使用基本上是精煉過(guò)程后剩下的渣滓，一種被稱為石油瀝青的材料，它是一個(gè)混合重碳?xì)浠衔锏拇箅s燴。

研究人員通過(guò)仔細(xì)模擬組成分子之間的鍵的形成和交聯(lián)方式，研究人員能夠開發(fā)出一種方法來(lái)預(yù)測(cè)一組給定的加工條件將如何影響所產(chǎn)生的纖維特性，以至于公司可以利用這些圖表并能夠預(yù)測(cè)纖維的密度和彈性模量等特性。這項(xiàng)工作產(chǎn)生的結(jié)果顯示，通過(guò)調(diào)整起始條件，可以制造出不僅在張力下很強(qiáng)的碳纖維，而且在壓縮時(shí)也很強(qiáng)，這意味著它們有可能被用于承重應(yīng)用。

能源部呼吁項(xiàng)目將輕質(zhì)材料的成本降至每磅5美元以下，但麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)估計(jì)他們的方法可以做得更好，達(dá)到每磅3美元左右。

關(guān)鍵詞：研究人員麻省理工學(xué)院石油瀝青