風機葉片是風力發電機組的重要組成部分，其成本占整個風機的20%以上。近年來隨著全球范圍內對風能開發的持續增長，大尺寸甚至超大尺寸葉片(單片長度超過70米)成為風電發展的主流方向。葉片在服役過程中受到多種外部載荷的聯合作用(包括彎曲、壓縮、拉伸等)，對材料的剛度、強度、耐疲勞等力學性能要求很高。葉片材料的選擇還需考慮諸如材料的加工性、密度、環境穩定性等因素。開發新型的高性能葉片材料對于提升風機整體性能尤為重要。

       中國科學院新疆理化技術研究所環境科學與技術研究室高分子復合材料團隊分析了碳納米管/高分子納米復合材料用于風機葉片材料的可行性和獨特優勢。碳納米管(CNTs)是一種管狀一維納米材料，具有優異的力學、電學、熱學等性能。通過在高分子基體中添加少量的CNTs(一般<1.0 wt%)，就可使材料的性能得到非常顯著的改善。例如在典型的葉片用環氧樹脂中添加0.5wt%CNTs，材料的導熱率可以提高80%以上。碳納米管/高分子納米復合材料還具有獨特的多功能性質：如納米填料的引入可以同時改善復合材料的模量、強度、韌性、耐疲勞等力學性能，而這種增強效果在傳統的高分子復合材料中幾乎難以實現。通過在風機葉片材料-纖維增強復合材料(FRP)的組分(纖維或基體)中引入碳納米材料(如圖)，可以提高基體的性能以及纖維和FRP基體之間的界面作用，進而為改善風機葉片的整體性能提供了可能。

此外，研究人員分析了CNT/高分子納米復合材料的環境穩定性，指出采用此類材料有望提高風機葉片的防雷擊、耐濕、耐熱等性能;利用CNTs優異的電學性能設計的傳感材料可用于葉片內部結構缺陷的檢測，從而為預測葉片壽命提供了一種新途徑。

該研究成果發表在Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014, 30: 651-660上。此項研究工作得到中科院“西部之光”、國家“千人計劃”等項目資助。

相關研究成果受到法國JEC集團的關注，作者受邀于2013年6月在新加坡舉辦的亞洲JEC復合材料展覽會(JEC Asia-2013)上做邀請報告，此報告內容將于近期在能源類期刊《可再生能源評論》上發表。

　　　

 

　　                                          風機葉片用纖維增強復合材料中引入CNTs的方法