Studie onderzoekt hoogwaardige koper/grafeen-composietgeleiders voor motoren

Een studie, geleid door Tingting Zuo, was gebaseerd op het idee van in-situ groei, en een reeks Cu/Gr-composieten met verbeterde grensvlakken werd bereid door sinteren onder vacuüm. Gecombineerd met koudtrekken en warmtebehandelingsprocessen werden composietdraden verkregen met extreem hoge sterkte en elektrische geleidbaarheid bij zowel kamer- als verhoogde temperaturen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal CES-transacties op elektrische machines en systemen.

De temperatuurweerstandscoëfficiënt (TCR) van de draden werd drastisch verlaagd tot 0,0035/°C, waardoor de draden bij hogere temperaturen een lage weerstand vertonen.

Het aanpakken van de uitdagingen van het realiseren van energiezuinige motoren voor elektrische voertuigen

Vanwege inherente eigenschappen is de geleidbaarheid van koper de afgelopen 100 jaar slechts met 3% toegenomen. Het is moeilijk om koperdraden bij hoge temperaturen een hoge sterkte te behouden en de geleidbaarheid is aanzienlijk afgenomen. Daarom is de ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige koperdraden een belangrijke manier om de prestaties van elektromotoren te verbeteren en een hoge energie-efficiëntie in elektrische voertuigen te bereiken.

Tingting Zuo zei: “De in-situ groeimethode kan de agglomeratie van koolstofnanomaterialen vermijden, en de vorming van zeldzame aardmetalen of carbiden aan het grensvlak kan de grensvlakbinding effectief verbeteren. Een effectieve combinatie van de bovenstaande methoden en haalbare plasticverwerking kan resulteren in hoogwaardige koper/grafeen-composietdraden.

De studie laat goede toepassingsvoordelen zien bij temperaturen hoger dan 100°C en opent een nieuwe weg voor de bereiding van Cu/grafeen hogetemperatuurcomposieten. Het biedt een geschikte methode voor de massaproductie van hoogwaardige Cu/grafeen-composietgeleiders voor motorwikkeldraden met een hoge vermogensdichtheid.

Vooruitkijkend is het onderzoeksteam van de Shanghai University of Electric Power en het Institute of Electrical Engineering van de Chinese Academie van Wetenschappen van plan om de koper-koolstofbindingsinterface verder te verbeteren, waardoor de koolstofnanomaterialen hun huidige overdrachts- en versterkingseffecten op de substraat, om composietdraden te verkrijgen met extreem hoge sterkte en geleidbaarheid bij zowel kamer- als hoge temperaturen.

“Ons volgende doel is om onze procesparameters te optimaliseren en het ontwerp van onze experimenten te rationaliseren, terwijl we de aggregatie en grensvlakbinding van grafeen in koper aanpakken”, legt Zuo uit.

Deze in-situ groeitechniek helpt het gebruik van koper/grafeendraden in motorwikkelingen te realiseren. Terwijl onderzoekers deze technologie blijven verfijnen, hopen ze composieten met hoge sterkte, hoge geleidbaarheid en hoge temperaturen te ontwikkelen die de massaproductie van motoren met een hoge vermogensdichtheid mogelijk zullen maken.