http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-09-04
本报讯 (记者王小龙)据美国物理学家组织网8月31日(北京时间)报道，美国科学家日前首次制造出碳纳米管增强聚氨酯风电叶片。与传统材料相比，该材料重量轻、强度大、耐久性好，有望成为制造下一代风力发电机叶片的理想材料。
为了实现进一步扩大风力发电规模，更有效地利用风电资源，不少工程师和科学家都在致力于制造出更好的风电叶片以提高风力涡轮机的效率。按说只要增大叶片面积就能捕获更多的风能，但事情并非这么简单。如果叶片过重，推动转子转动就需要更大的风力，这意味着更多的风力被浪费在了推动转子上而非发电。因此，更轻、更大、更结实耐用的叶片才是最佳选择。
为此，美国凯斯西储大学高分子科学和工程系博士后玛希尔·洛斯与其合作者制造出了这种碳纳米管增强聚氨酯风叶。
机械性能测试表明，这种碳纳米管增强聚氨酯材料优于目前在风电叶片制造中所采用的树脂材料。通过对比，研究人员发现新材料每单位体积的重量要轻于碳纤维材料和铝，而在抗张强度上是碳纤维材料的5倍和铝的60倍。
在抗疲劳测试中，这种增强聚氨酯复合材料叶片的寿命比玻璃纤维增强环氧树脂材料长8倍。同时其断裂韧性也要优于玻璃纤维增强环氧树脂。
此外，在与另一种制造风电叶片中常用的材料——玻璃纤维增强乙烯基酯树脂的对比实验中，碳纳米管增强聚氨酯在每项测试中也都获得了完胜。
研究人员称，该项目现仍处于测试阶段，目前一切运作正常。下一步，他们的团队将进一步对该复合材料中碳纳米管的分散性作测试，以使该材料达到最佳性能。这种碳纳米管增强聚氨酯风叶将会被首先安装在一台400瓦的风力涡轮发电机上进行测试。
凯斯西储大学教授伊卡·玛纳斯·兹洛佐韦尔称，这种复合材料有望成为下一代风电叶片的理想材料，并为整个风电行业带来新的机遇。
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质量轻、强度高、韧性好、寿命长——作为风电叶片，新材料各方面的性能已经被考虑得很周全。虽然现在还只是测试阶段，但看来只要成本不要太离谱，正式起用的时间并不会太远——有报道称，洛斯团队目前已能制造长150米的叶片，正在冲击250米！不过，不知道洛斯有没有仔细考虑过单机半径超过250米的风电场需要占用多大的面积？而这样的庞然大物对周围的生态系统又会产生怎样的影响？倘若堂·吉诃德有幸得见这样的风电机，他才会知道当初和自己大战一场的“巨人”原来只是加小号。
[科技日报]