日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所網(wǎng)站發(fā)布消息稱，該所材料研究小組的科學(xué)家近日成功研制出一種重量輕、密封性好、強(qiáng)度高、抗高低溫性優(yōu)異的新型材料，為氫氣能源的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用鋪平了道路。
眾所周知，由于碳纖維材料具有重量輕，強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天等各個(gè)行業(yè)，而在制造氫氣儲(chǔ)藏容器方面，人們也認(rèn)為碳纖維是最合適的材料。但是，碳纖維是有機(jī)高分子的塑料材料，對(duì)氫氣的密封效果并不好，因此不能直接作為儲(chǔ)藏容器使用，必須要添加相應(yīng)的密封層。一直以來(lái)，作為氫氣密封層使用的主要有鋁和有機(jī)材料兩種，鋁密封性好，但重量大，與碳纖維的黏合性也比較差；而有機(jī)材料由于密封性差，至今還沒(méi)有進(jìn)入實(shí)用階段。
此次日本研究人員研制的這種新材料采用的夾層結(jié)構(gòu)，正反兩面是各三層的碳纖維材料，而中間則是一層添加了少量樹脂材料的黏土膜。這種黏土膜本身也是由很多層只有一納米厚的黏土結(jié)晶細(xì)密地黏結(jié)而成，柔軟、耐熱性好，特別是對(duì)氫氣的密封性十分優(yōu)異。研究人員通過(guò)加壓加熱等手段將碳纖維材料和黏土膜黏接在一起，制出了這種厚約一毫米的三明治式的新材料。
研究人員使用七個(gè)氣壓的氣色層分離法對(duì)這種新材料進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，與過(guò)去所有的材料相比，該型材料對(duì)氫氣的密封性提高了一百多倍。這相當(dāng)于用這種材料制成長(zhǎng)5米，直徑一米，壓力50個(gè)氣壓的儲(chǔ)藏罐，而泄漏率每年只有0.01%。研究人員通過(guò)觀察該材料的橫截面發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)加熱加壓后，碳纖維層所含的樹脂材料已經(jīng)和黏土膜層緊密地黏合在一起，顯示出良好地黏合性。此外，該材料還經(jīng)過(guò)了10000次彎折扭曲的耐久性試驗(yàn)和100次的-196℃耐超低溫試驗(yàn)，結(jié)果顯示，試驗(yàn)后該材料對(duì)氫氣的密封性能并沒(méi)有下降。
據(jù)研究人員稱，這種新材料除了可應(yīng)用于制造氫氣汽車的燃料儲(chǔ)藏罐、燃料電池容器和便攜式液氫儲(chǔ)藏設(shè)備外，還可能用于制造下一代返回式航天系統(tǒng)的液氫燃料儲(chǔ)藏罐，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。
