碳纖維具備很多優(yōu)點(diǎn)，例如重量輕、強(qiáng)度大等等，但它也存在一些缺點(diǎn)?？茖W(xué)家們一直在努力解決的一個(gè)問題是碳纖維在高溫下的燃燒，一個(gè)國際研究小組現(xiàn)在已經(jīng)為這個(gè)問題找到了一個(gè)低成本和可擴(kuò)展的解決方案 -- 在熔鹽中自我形成的保護(hù)涂層。

由于生產(chǎn)工藝的提升，碳纖維已經(jīng)具有很強(qiáng)的抗熱性，能夠在高達(dá) 800°C(1472°F)的空氣中保持穩(wěn)定。這使它非常適用于各種應(yīng)用，從自行車架到汽車，到醫(yī)療設(shè)備，甚至是吉他。然而，當(dāng)它被置于極端的溫度下時(shí)，可能會(huì)遇到麻煩，例如在航空航天工業(yè)中遇到的情況。在這種條件下，它與氧氣發(fā)生反應(yīng)并燃燒，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和反過來其理想的品質(zhì)迅速退化。

由 Yongfeng Lu 帶領(lǐng)，來自內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校和法國波爾多凝聚態(tài)化學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)嘗試攻關(guān)這個(gè)難題。Lu 表示：“碳纖維的一個(gè)弱點(diǎn)是，如果你有足夠高的溫度和氧氣存在，它們很容易被燒毀。如果我們能使它們不易燃，使它們?cè)诒┞队诨鹬袝r(shí)不會(huì)燃燒，那將是令人興奮的”。

在開發(fā)更耐火的碳纖維上，此前科學(xué)家已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是這些進(jìn)展都涉及到昂貴的設(shè)備，步驟也非常復(fù)雜，并且可能會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的化學(xué)反應(yīng)。這項(xiàng)新研究的作者想出了一個(gè)他們說是簡(jiǎn)單而廉價(jià)的解決方案-- 從融化的鹽開始。

這個(gè)過程在 1800°F(982°C)下進(jìn)行，一旦鹽的晶體被還原成液體，鈦和鉻的粉末被添加到混合物中，然后碳纖維被引入作為最后的修飾。由于熔融鹽混合物中材料的不同行為和反應(yīng)，這導(dǎo)致了一種化學(xué)反應(yīng)，從而形成了具有三個(gè)不同層次的保護(hù)層。

Lu 表示：“我們已經(jīng)找到了一個(gè)配方，可以在單一狀態(tài)下形成三層。通過一次浸漬，我們可以得到三層涂層”。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對(duì)采用新涂層的碳纖維材質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，被置于約 2200°F(1200°C)溫度和氧乙炔火炬的極端條件下，碳纖維在整個(gè)過程中成功地保持其結(jié)構(gòu)。由碳化鉻和碳化鈦組成的三層涂層被發(fā)現(xiàn)比單層涂層提供更多的保護(hù)。

Lu 表示：“我們正試圖增加能夠?qū)⑻祭w維與氧氣分離的表面層，這樣即使在高溫下，它們也不會(huì)被燒毀。碳纖維可以用在很多方面--編織成紡織品和建筑、飛機(jī)、電子設(shè)備的部件中--但如果它們是可燃的，那就會(huì)給系統(tǒng)帶來新的風(fēng)險(xiǎn)，并使這些應(yīng)用受到很大限制”。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 低成本 解決方案