交叉偏光光学显微照片展示了ICTP6-MMP热分解过程中球形中间相逐渐合并成连续相

来源| 美国西部研究院

美国西部研究院（Western Research Institute，WRI，美国怀俄明州，拉勒米）领导的一项旨在降低汽车工业用碳纤维成本的研究项目已获得美国能源部（Department of Energy，DOE）的批准，进入为期三年的项目的第二年。

该项目名为“美国低成本碳纤维生产联盟”（Consortium for the Production of Affordable Carbon Fibers in the United States）”，由美国能源部能源效率与可再生能源办公室（EERE）旗下的车辆技术办公室（VTO）设立，旨在通过将碳纤维的生产成本降至每磅5美元左右，实现车辆减重，从而提高燃油经济性、减少尾气排放。WRI的初步成本分析预测，生产碳纤维的成本将低于汽车行业确定的每磅5美元的目标。

据WRI首席执行官Don Collins介绍，在项目实施的第一年，共研究了三种材料作为天然碳纤维的潜在候选材料——煤、原油和生物质。煤和原油用于生产沥青基碳纤维，而生物质则用于生产聚丙烯腈基纤维。

每种纤维因具有不同的性能，可应用于不同的领域。

柯林斯说，这三种材料均通过了该项目第一阶段的强度目标。进入第二年后，研究人员计划提高用于生产的材料的质量。另一个项目目标是开发一个可预测的建模软件，以便更准确地预测起始材料成分和生产过程中的变化与碳纤维强度的关系。

“我们的团队超过了第一年的目标，我们非常高兴能在项目的第二年继续取得进展，”柯林斯说。 “我们非常感谢这一决定对我们团队的信心。”

该项目由西部研究所主持开展，项目组成员包括怀俄明州大学机械工程系、麻省理工（MIT）和橡树岭国际实验室（ORNL）的研究人员，以及若干私营企业。项目总投资520万美元。 该项目的工作始于2017年。行业合作伙伴包括Ramaco Carbon公司（美国怀俄明州谢里丹市）和行业顾问Solvay公司（美国南卡罗来纳州）。

WRI还与麻省理工学院的Grossman Group团队合作，该团队应用先进的多尺度计算机建模（从原子到碳纤维）和机器学习预测方法，以确定各种起始材料成分与多个生产过程中产生的化合物之间的关系，以确定碳纤维强度。在项目的第二年，利用整个联合体团队开发的额外数据，将提高这些预测程序的准确性和精度。

此外，由Fertig博士和Frick博士领导的怀俄明大学机械工程系的团队正在使用纤维制造两层复合材料，并开发先进的有限元建模工具，以改进汽车碳纤维复合零件的设计。

Southern Research（美国阿拉巴马州伯明翰）是该项目联盟的另一成员，正在领导从生物质衍生糖中生产丙烯腈的工作。 Advanced Carbon Products（美国肯塔基州Olive Hill）正在将石油衍生沥青转化为碳纤维。 WRI正与Ramaco Carbon合作，将煤沥青化合物转化为碳纤维，然后由ORNL的团队成员将其纺织成碳纤维。 ORNL还进行纤维强度测试，并向麻省理工学院和其他团队成员提供数据，以改善碳纤维的生产。 WRI负责使用前沿分析工具对原材料和前体进行化学表征，其中一些工具是由WRI发明的。这些数据是麻省理工学院预测模型发展的关键。

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