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美國制成碳納米管增強(qiáng)型風(fēng)電葉片

發(fā)布時(shí)間:2011年9月2日 來源:

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  據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)8月31日(北京時(shí)間)報(bào)道,美國科學(xué)家日前首次制造出碳納米管增強(qiáng)聚氨酯風(fēng)電葉片。與傳統(tǒng)材料相比,該材料重量輕、強(qiáng)度大、耐久性好,有望成為制造下一代風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的理想材料。


  為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電規(guī)模,更有效地利用風(fēng)電資源,不少工程師和科學(xué)家都在致力于制造出更好的風(fēng)電葉片以提高風(fēng)力渦輪機(jī)的效率。按說只要增大葉片面積就能捕獲更多的風(fēng)能,但事情并非這么簡單。如果葉片過重,推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)就需要更大的風(fēng)力,這意味著更多的風(fēng)力被浪費(fèi)在了推動(dòng)轉(zhuǎn)子上而非發(fā)電。因此,更輕、更大、更結(jié)實(shí)耐用的葉片才是最佳選擇。


  為此,美國凱斯西儲大學(xué)高分子科學(xué)和工程系博士后瑪希爾·洛斯與其合作者制造出了這種碳納米管增強(qiáng)聚氨酯風(fēng)葉。


  機(jī)械性能測試表明,這種碳納米管增強(qiáng)聚氨酯材料優(yōu)于目前在風(fēng)電葉片制造中所采用的樹脂材料。通過對比,研究人員發(fā)現(xiàn)新材料每單位體積的重量要輕于碳纖維材料和鋁,而在抗張強(qiáng)度上是碳纖維材料的5倍和鋁的60倍。


  在抗疲勞測試中,這種增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料葉片的壽命比玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料長8倍。同時(shí)其斷裂韌性也要優(yōu)于玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂。


  此外,在與另一種制造風(fēng)電葉片中常用的材料——玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂的對比實(shí)驗(yàn)中,碳納米管增強(qiáng)聚氨酯在每項(xiàng)測試中也都獲得了完勝。


  研究人員稱,該項(xiàng)目現(xiàn)仍處于測試階段,目前一切運(yùn)作正常。下一步,他們的團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步對該復(fù)合材料中碳納米管的分散性作測試,以使該材料達(dá)到最佳性能。這種碳納米管增強(qiáng)聚氨酯風(fēng)葉將會被首先安裝在一臺400瓦的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)上進(jìn)行測試。


  凱斯西儲大學(xué)教授伊卡·瑪納斯·茲洛佐韋爾稱,這種復(fù)合材料有望成為下一代風(fēng)電葉片的理想材料,并為整個(gè)風(fēng)電行業(yè)帶來新的機(jī)遇。


  總編輯圈點(diǎn)


  質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好、壽命長——作為風(fēng)電葉片,新材料各方面的性能已經(jīng)被考慮得很周全。雖然現(xiàn)在還只是測試階段,但看來只要成本不要太離譜,正式起用的時(shí)間并不會太遠(yuǎn)——有報(bào)道稱,洛斯團(tuán)隊(duì)目前已能制造長150米的葉片,正在沖擊250米!不過,不知道洛斯有沒有仔細(xì)考慮過單機(jī)半徑超過250米的風(fēng)電場需要占用多大的面積?而這樣的龐然大物對周圍的生態(tài)系統(tǒng)又會產(chǎn)生怎樣的影響?倘若堂·吉訶德有幸得見這樣的風(fēng)電機(jī),他才會知道當(dāng)初和自己大戰(zhàn)一場的“巨人”原來只是加小號。
 


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