“粘土”将创造下一代汽车和智能手机！？

2008/10/01

AIST的“粘土”将制造下一代汽车和智能手机！？ “Clayst”，一种粘土基材料，具有惊人的阻气性、耐热性和耐久性

#能源/环境限制响应

“粘土”是下一代汽车的关键吗？

粘土是儿童常见的手工材料，很多人小时候可能都玩过用粘土制作汽车。事实上，这种“粘土”可能是未来汽车和智能手机的关键材料。这是因为，氢罐和有机EL显示器都需要具有阻气性的材料，氢罐是氢燃料电池汽车（预计将成为下一代汽车）和有机EL显示器（据说是下一代智能手机屏幕的支柱）。简单来说，气体阻隔性是“容纳气体并防止其泄漏”的能力。汽车用氢气罐必须在高压下安全地容纳高度泄漏的气体氢气，而智能手机则必须防止水蒸气和氧气从空气中进入，从而导致有机EL劣化。令人惊讶的是，粘土实际上可以用于此目的。然而，氢气罐、有机EL和“粘土”的图像差异很大，很难理解它们是什么。首先，“粘土”真的可以用来容纳气体并防止泄漏吗？

具有令人惊叹的耐热性、耐用性和气体阻隔性的Creast

火力发电厂和石化工厂是典型的要求气体阻隔性能的行业，即“容纳气体并防止其泄漏”的性能。这些行业的管道中有数百摄氏度和高压的气体流动，需要一种称为密封剂的材料来防止气体从管道接头处泄漏。供水系统中的密封材料称为填料，主要采用具有一定弹性的橡胶类材料来填充“间隙”。然而，橡胶基材料无法承受数百摄氏度的高温。石棉已使用多年，但由于其致癌特性，现已被禁止使用，而替代其的聚四氟乙烯只能承受高达 260 摄氏度的温度。于是，由粘土制成的 Clast 被推出，其特点是具有 600 摄氏度的高耐热性、耐用性、弹性和惊人的气体阻隔性能，同时易于加工。这些特性使其成为石棉的理想替代品，因此自2007年以来作为密封材料受到业界欢迎，并已得到广泛应用。 “CLAIST”这个名称是“clay”（意思是“粘土”）和“aist”（AIST 的英文缩写）的组合。

令人惊讶的是，材料越薄，阻气性越好

Kleist 的创建者是 AIST 紧凑化学系统研究中心的首席研究员海老名武雄。海老名当时正在研究使用粘土作为阻隔材料，防止有害物质从最终废物处理场泄漏，他发现了一个意想不到的结果：“粘土层越薄，防止泄漏的阻隔性能就越高。”通常情况下，粘土晶体是分散的，并以随机方向排列，但如果使用类似于造纸的“溶剂浇铸”制造方法制成薄膜，晶体往往会以有序且均匀的方向排列。如果晶体无序排列，小气体分子就能够通过间隙，但如果它们排列有序，它们就无法通过。它的厚度为1纳米（十亿分之一米）！ Clast 的实用产品是通过堆叠多达 20,000 个此类薄膜制成的，但它们的厚度仍然不到人类头发丝的一半。即使单个薄膜有孔，当20,000片薄膜堆叠在一起时，就会发生“迷宫效应”，将气体分子困在层间，从而产生极高的气体阻隔性能。而且，它是一种非常易于使用的材料，可以轻松折叠和弯曲，并且无毒。

为什么 Kreist 的使用不断扩大？

Creist的高阻气性和耐热性不仅用于发电厂和石化厂。如前所述，除了用作燃料电池汽车的氢罐和智能手机的有机EL显示器的保护材料外，人们认为它还可以应用于多种其他用途，包括食品和药品的长期保鲜包装材料、紫外线切割/红外线反射膜、金属防锈涂层材料、阻燃建筑材料、用于制造电子电路的印刷电路板、CPU散热片和高耐用漆器。为了推进其应用，不仅需要拥有Claist基础专利和主要应用专利的日本产业技术研究院（AIST），还需要许多公司的努力，因此目前正在与各个领域的公司进行联合研究开发。 “Clayteam”是由大约 50 家公司于 2010 年发起的联盟的名称，旨在有机地联系和促进这些各种应用研究。为了有效地开发我们的目标，AIST需要在这个联盟中发挥重要作用，作为“连接”多种技术的协调者。