研究背景
隨著電動車輛作為替代傳統內燃機車輛的日益普及，科學家和工程師開始關注電動車輛所帶來的新挑戰和機遇。其中，潤滑、熱管理、電兼容性和防腐等問題成為關注焦點。在這領域，研究人員意識到二維材料可能成為解決這些挑戰的關鍵。然而，盡管電動車輛具有較少的移動部件，但其電動機、傳動線組件、功率電子和電池組等部件帶來了新的機械、摩擦學、熱學和電學挑戰。為了解決這些復雜問題，德克薩斯州北部大學Diana Berman和Ali Erdemir教授, 蒙特雷理工大學Leonardo Israel Farfan-Cabrera教授, 智利大學化學工程Andreas Rosenkranz教授攜手分析了電動車輛系統的需求，包括電動機、傳動系統、電池組和功率電子等組件。然后，他們深入研究了電動車輛系統中潤滑、熱管理和材料兼容性等關鍵問題，并提出了相應的解決方案。具體而言，他們設計了新型潤滑材料，優化了熱管理系統，并改進了材料兼容性，從而有效地解決了電動車輛系統中的關鍵問題。相關成果在Nature Reviews Materials上發題為“2D materials for durable and sustainable electric vehicles”的綜述文章。
研究內容
下圖1是二維材料在電動車輛潤滑問題中的應用方式和效果。圖中顯示了不同組件和表面上的二維材料的應用形式和效果。首先，圖中顯示了二維材料作為添加劑存在于潤滑油和潤滑脂中，形成懸浮的幾層片或多層顆粒，以減少摩擦和磨損。具體地，研究者發現二維材料能夠顯著降低鋼表面的磨損，例如，石墨烯可以使鋼表面的磨損降低了三到四個數量級。其次，圖中展示了二維材料作為潤滑劑涂層，覆蓋在表面和接觸界面上，形成保護性固體潤滑膜，以減輕電擊磨損。例如，MXenes和MoS2在干燥條件下的摩擦系數可以達到0.01。此外，圖示了二維材料作為復合材料中的填料存在，用于加強電動車輛組件的結構。這種應用可以提高組件的耐磨性和機械強度，并改善其耐久性。通過這些不同的應用形式，二維材料能夠在電動車輛的各個關鍵組件和表面上提供多種保護功能，包括減少摩擦、磨損和腐蝕。總的來說，其清晰展示了二維材料在電動車輛摩擦問題中的多種應用形式和效果，為解決電動車輛的潤滑挑戰提供了新的解決方案。
總結展望
本文強調了對多功能材料的需求，這些材料能夠同時解決電動車輛（EVs）面臨的熱、電和摩擦學挑戰。在當前EV技術發展的背景下，傳統材料往往無法滿足EVs日益復雜的工作環境和性能需求。因此，基于二維材料等先進材料的研究變得至關重要。二維材料具有出色的熱、電和摩擦學性能，可以為EVs提供全面的解決方案。然而，要充分利用這些材料，需要更多針對實際應用場景的研究，以了解它們在真實工作條件下的性能表現，并且需要開發適合這些研究的專業實驗設備。通過這樣的研究，我們可以更好地理解并利用二維材料在EVs中的潛力，從而提高EVs的效率、可靠性和安全性，推動電動車輛技術的進一步發展。因此，本文為未來EVs材料研究提供了重要的科學啟示，強調了多功能材料在解決復雜工程問題中的關鍵作用。 Berman, D., Farfan-Cabrera, L.I., Rosenkranz, A. et al. 2D materials for durable and sustainable electric vehicles. Nat Rev Mater (2024).https://doi.org/10.1038/s41578-024-00680-3
