纸能包住火,还能抗电击!近日,湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋开发出一种高端云母基纳米纸材料,让一张薄纸片可以抗超强电击,可以耐高温,这种材料能广泛应用于高压绝缘领域,有望打破国内高端绝缘材料严重依赖国外进口的局面。

湖南大学研发云母基纳米纸材料 可抗超强电击和耐高温

一张25微米厚的薄纸片,可以抗4000V高压电击(通常65V就可电晕人),耐565℃的高温,可拉长0.8倍,能广泛应用于高压绝缘领域。它的诞生,有望打破国内高端绝缘材料严重依赖进口的局面。


绝缘材料被广泛应用于生产生活中。无论是风扇、电视机,还是飞机、高铁,都需要电绝缘组件。然而随着电动机、变压器等电力设备向着大功率、小体积快速发展,对云母纸、芳纶纸这种常用的电绝缘组件的耐高电压击穿能力、耐热性等性能提出了日益苛刻的要求。然而,国内高端的云母基绝缘材料严重依赖于国外进口。


1983年出生的王建锋教授研究仿生纸已经10年了,他研发过导电和导热仿生纸,其中的导热仿生纸,应用于流行电子产品,性能好,耐弯折,散热性强。在做仿生纸的过程中,他研究了“鲍鱼壳”这一神奇的构造。

湖南大学研发云母基纳米纸材料 可抗超强电击和耐高温

“你看鲍鱼壳,很硬,摔在地上也不容易碎,这是什么原因?”王建锋告诉记者,在显微镜下,薄薄的鲍鱼壳有千万层,一层碳酸钙一层高分子纤维,就像砌墙用一层砖一层水泥,层层铺叠的复合结构,使得贝壳有高拉伸强度和高韧性。


王建锋以芳纶微米纤维和云母为原材料,将原本头发丝粗细的芳纶微米纤维和云母剥离分散成纳米纤维和纳米片,再通过溶胶—凝胶—薄膜转换技术复合,大面积制备出云母基纳米纸,实现了超大的应变和超高的韧性,并可抵抗超强电压而不被击穿,可耐高温。其断裂应变能力是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的4—240倍,其韧性是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的6—220倍,高电击穿强度每毫米达164kV,热分解温度达565℃,性能大大超过了国外的各种云母基绝缘材料。


这种高端的云母基纳米纸发明后,原来一次只能做一张,为使得这种云母基纳米纸材料工业化生产成为可能,王建锋还自行设计加工了一套装置,可连续化制备出云母基纳米带。该装置主要由注射系统、口模、水槽和传送带组成,使得溶胶—凝胶—薄膜转换技术可广泛应用于工业生产。经过半年的实验室调整工艺,终于可以像生产卷纸一样,可连续制备出云母基纳米带。


现在,王建锋团队正在攻关的是把天然的云母矿剥离成云母纳米片,因为原来做实验用的合成云母是从日本进口的,价格高。如果解决了这个问题,这种神奇的纳米纸将降低成本,造福国内企业。


文章来源: 华声在线,新华网

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