美國橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家們利用新技術(shù)制造了一種復(fù)合材料，可以提高銅線的電流容量，從而提供了一種可以按比例縮放以用于超高效、高功率密度的電動汽車牽引馬達的新材料。

這項研究旨在減少阻礙電動汽車廣泛應(yīng)用的障礙，包括降低擁有成本，改善電動機和電力電子設(shè)備等組件的性能和壽命。該材料可以部署在任何使用銅的組件中，包括更高效的母線和用于電動汽車牽引逆變器以及用于無線和有線充電系統(tǒng)等應(yīng)用的較小連接器。

為了生產(chǎn)重量更輕、性能更好的導(dǎo)電材料ORNL的研究人員將碳納米管沉積在扁平的銅基板上，形成了一種金屬基質(zhì)復(fù)合材料，其電流處理能力和機械性能均比單獨使用銅更好。

在銅基體中加入碳納米管以提高導(dǎo)電性和機械性能并不是一個新主意。碳納米管因其重量輕、強度高和導(dǎo)電性能而成為絕佳的選擇。但是其他研究人員過去對復(fù)合材料的嘗試導(dǎo)致材料長度非常短，只有微米或毫米，加上有限的可伸縮性，或較長的材料性能很差。

ORNL小組決定嘗試使用靜電紡絲法沉積單壁碳納米管，這是一種商業(yè)上可行的方法，當(dāng)液體噴射通過電場時產(chǎn)生纖維。ORNL化學(xué)科學(xué)部的博士后研究員李凱解釋說，該技術(shù)可控制沉積材料的結(jié)構(gòu)和方向。在這種情況下，該過程使科學(xué)家能夠成功的將碳納米管定向到一個大致方向，以促進電流的流動。

然后，該團隊使用了磁控濺射（一種真空鍍膜技術(shù)）在碳納米管鍍膜的銅帶上添加薄層銅膜。然后將涂覆的樣品在真空爐中退火，形成致密、均勻的銅層，從而產(chǎn)生高導(dǎo)電的銅-碳納米管網(wǎng)絡(luò)，并允許銅擴散到碳納米管基體中。

利用這種方法，ORNL的科學(xué)家創(chuàng)造了一種長10厘米，寬4厘米的銅-碳納米管復(fù)合材料，其具有出色的性能。材料的微觀結(jié)構(gòu)特性由美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施的納米材料科學(xué)中心的儀器進行分析。

研究人員發(fā)現(xiàn)，與純銅相比，該復(fù)合材料的電流容量提高了14％，機械性能提高了20％。

該項目的首席研究員Tolga Aytug說：“通過將碳納米管的所有出色特性嵌入到銅基體中，我們的目標(biāo)是提高機械強度、減輕重量和提高電流容量。然后，您將獲得更好的導(dǎo)體，且功耗更低，從而提高了設(shè)備的效率和性能。例如，性能的改善意味著我們可以減小體積并提高先進電機系統(tǒng)的功率密度?！?/p>

這項工作建立在ORNL的超導(dǎo)研究歷史悠久的基礎(chǔ)上，該研究已經(jīng)生產(chǎn)出了低電阻導(dǎo)電的優(yōu)良材料。該實驗室的超導(dǎo)導(dǎo)線技術(shù)已授權(quán)給幾家工業(yè)供應(yīng)商，可實現(xiàn)高容量電力傳輸，同時將功率損耗降至最低。

Aytug說，雖然新的復(fù)合材料的突破對電動機有直接影響，但在效率、質(zhì)量和尺寸是關(guān)鍵指標(biāo)的應(yīng)用中，也可以改善電氣化。他說，通過商業(yè)可行性技術(shù)實現(xiàn)的性能特性改善，意味著為各種電氣系統(tǒng)和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計高級導(dǎo)體的新可能性。

ORNL小組還在研究使用雙壁碳納米管和其他沉積技術(shù)（例如超聲波涂層與輥對輥系統(tǒng)結(jié)合使用）可生產(chǎn)長度約1米的樣品。

ORNL電力驅(qū)動技術(shù)項目經(jīng)理、電力電子和電機集團負責(zé)人Burak Ozpineci指出:“電機基本上是金屬-鋼片和銅繞組的結(jié)合。”“為了實現(xiàn)美國能源部汽車技術(shù)辦公室2025年的電動汽車目標(biāo)，我們需要將電力驅(qū)動器的功率密度提高，并將電動機的體積減少8倍，這意味著要改善材料性能?！?/p>