最近，来自全美工业界，政府机关和大学院校的科学家会聚新奥尔良州，开始为下一个世纪汽车工业的基础研究方向出谋划策。本次会议的主题是提高效率。降低污染。

国家科学基金会和能源部会同全美三家最大的汽车制造商，克莱斯勒，福特和通用汽车公司，联合组织了这次会议。根据汽车制造商们的建议，本次会议的焦点主要涉及六个方面:①能量存贮材料及加工；②能量转换材料及加工，③轻型材料；④尾气排放控制；⑤传感器；⑥尾气排放对大气的影响。

据普林斯顿大学材料研究协会主任，物理学教授，本次会议副主席彼得 · 艾森伯格（Peter · Eisenberger）介绍，我们正在寻找一种旨在能够加强汽车工业与科研院校专业人员联系的途径，同时想在大学教授，:政府职员和工业科学家间建起:一座能让技术与人才相互沟通的桥梁，以便加深他们对汽车工业领域的理解和兴趣。课题逐渐在减少，美能源部下属的国防试验室目前正处在一个十字路口上。许多研究人员都在寻求军转民开发项目，像国防试验室这样的研究机构今后势必会成为汽车工业基础研究的主战场。

本次会议的议题明确，即只对新型换代车和环保汽车展开讨论。这是因为早在1993年，美国政府及汽车制造商便有此构想，即在2004年前达到使现有中型汽车燃烧效率提高3倍的目标（每加仑可行驶80英里）。

开发新型换代汽车的当务之急应首先得研制出低成本，重量轻的汽车车身材料。只有车身重量降低后，才能有效地节省燃料，进而达到少进原油，减轻二氧化碳及其它污染物向大气排放的目的。

如果汽车车身是用超轻型材料制成的，则开发可进行长途行驶的电动汽车也将成为可能。用于现行汽车上的动力电池一般都比较笨重，这样也就间接地增加了汽车车身的重量，其车速自然会受到一定的影响。

据来自最新实验报告称，两种最新轻型并有望替代钢架汽车车身的材料——铝锰合金和聚酯纤维合成板材（PMCs）已经被研制出来。材料中若添加有纤维组分对提高材质强度十分重要。此类材料每磅体积上远比钢材能吸收更多的能量。利用这种材料制造出来的超轻型汽车相信从理论上是安全的，或起码比钢制汽车要安全得多。

美国汽车公司利用铝材和PMCs材料已经生产出样车，但就目前而言，这种汽车的造价却十分昂贵，这里即包含基本的材料费，也包括加工费用。

据福特公司技术合作部执行主席詹姆斯 · 安德森（James · Anderson）介绍，他所领导的小组已决定着手从以下五个方面进行重点研究：1. 材料成本及性能；2. 加工方式；3. 装配形式；4. 耐久性，包括防震性能；5. 再生性。如采用铝锰合金材料时，则首先就要改变合金的显微结构，使其能够满足低成本要求。若想实现这一目标，就要对相关的温度循环状况及金属显微结构的合成成分进行必要的实验，并有必要衔接好显微结构与加工过程间的相互关系。若采用PMCs材料时，首先就要降低材料及加工成本，并寻求开发可材料再生材料。要想达到上述目标，开发成本低廉的增强型纤维产品和可再生性热塑基材新材料则显得尤为重要。为了能够降低加工成本，研究人员则需要发明在低温低压状态下完成高产出比的新方法。优先考虑的加工方法应是排在传统挤压成型法之后的液压成型法，另外粘接处理也相当重要，如完成金属与金属，金属与复合物，复合物与复合物间的粘合。

为了能使材料再生，需要寻找一种能将废旧汽车分解成各种材料的新方法。但若想找到将基材和纤维质再生的方法却并非易事。例如，如果不对纤维进行重新组合或去除纤维，并添加进新成分的话，像复合物一类的材料则很难溶解并再生利用。

传感器技术是汽车工业面临的另一大关键课题。如今，几乎在所有的汽车上均安装有50台以上的传感器，正因如此，汽车的控制才有所保证，行驶才能安全且旅客才有舒适感。在新型换代汽车和其它未来型汽车上还应再多配置一些传感器。

来自本次会议上有关传感器的报告称，未来汽车用传感器应按如下5种类型进行配置：为适应汽车低尾气排放标准，有必要配置一种能直接测得每公里0.4克以下烃类排放物的可靠型传感器。对其它传感器的要求是:能对汽缸燃烧压力做实时测量；能对燃料化学成分实施分析；能对油粘度或特殊浓度进行测定；能对电量贮存装置的放电状态进行测量。

前景看好的化学传感器，其新材料的选择易采用“一把钥匙开一把锁”的分子骨架结构。这种材料一般有沸石，环糊精和calixarences。

若想制造稳定性高，选择性强且操作灵敏的气体传感器，就必需采用新型材料，为此，我们需要了解在气固相之间可构成电化学界面反应的显微工艺过程。特别需要花大力气去研究具有化学传感活动能力的多孔材料。

鉴于在电气化列车上所安装的某些传感器必需要在400℃以上的高温条件下才能操作，因此我们还要进一步了解在此温度下的材料特性，特别是那些由多种材质构成且通过界面粘合而成的材料系统。因为汽车用传感器必需要经受至少10万英里的考验，这就需要研究人员对其使用寿命和性能衰减状况做出充分的估计。

为了能在今后达到有效地降低烃类，一氧化碳和氧化氮的尾气排放量这一目标，会议要求与会者除应严格执行上述规定外，还应对催化转换设备实施更新改造。

对于催化转换设备来说，目前主要存在两大排放控制方面的问题。一是在超高温下催化剂功能会受到影响，在整个催化转换系统中，超期服役是一大主要问题；二是当汽车在冷起动时，催化剂不能有效去除烃类物质，在此期间，烃类物质的排放量可高达85%以上。另外，目前专为降低烃类、一氧化碳和氧化氮而设计的催化剂尚不能满足汽油发动机在完全燃烧状态下能同时有效滤除上述有害气体的要求，为了克服上述问题，与会专家提出如下若干项研究目标：一是要开发和改善控制热液及可诱发化学降解的催化剂的基础工艺；二是要发明能在含有大量废气排放条件下将氧化氮直接转换成氧和氮气的耐久性活性催化剂。目前使用的催化剂主要是与烃类物质进行反应来降低氧化氮的生成，该工艺只是对燃烧不完全发动机的操作起到制约作用的一种手段。现行专门为分解氧化氮而设计的沸石和氧基催化剂可直接进行快速水热钝化。

会议对能量转换材料及其工艺的研究，主要着眼于燃料电池及氢气贮存的开发方面。因为未来汽车将会主要依靠以氢为动力的燃料电池，而不再会使用内燃机，这是因为，燃料电池不仅可以降低尾气排放量和噪音污染，而且还有可能提高效率。但要想在汽车上使用燃料电池，就必须得降低成本，且这种汽车的释能密度和功率系数（峰值功率、释能量，每公里电池重量）也需要得到相应加强。由于现有的燃料电池均特别笨重，体积太大，几乎无法在汽车上得以应用。

与会者看好聚合体电解液膜燃料电池。这种燃料电池利用质子传导聚合膜作为电解液。大量的化学及材料领域研究项目为开发这种燃料电池提供了广阔前景。

对于电池复极板的要求之一是，聚合物必须具有极高的导电性能。这种聚合物必须具有高强度，低电阻，且还具有良好的抗腐蚀作用。另外，对于电池的阴、阳极来说，必须采用新型催化剂，第三点要求是，应设计一种能从空气中吸附到氧气的新型分离膜。氧气一般用来氧化电池中的氢气，但氧压一定得比空气中的局部压力要高。

燃料电池的另一大问题是，需要在汽车上对氢进行贮存和再生。一种有效贮存氢的方法就是要对现有压缩空气贮罐进行改造。另一方面，通过采用“水-气转换反应”即可在汽车上将甲醇再生出氢气和二氧化碳。目前世界上90%的氢是通过这种反应将甲醇转换后而获得的。对于众多的汽车来说，该工艺应大幅度按比较缩小，且需要对催化剂性能做进一步的提高。

改进现有的能量贮存材料和工艺对于多种高级汽车来说相当重要，如采用电池，燃料电池，或有可能便用超级电容和电池等作动力驱动的复合型能源。根据会议所做的有关能量贮存材料的报告称，对于电池的研究应主要着眼于以下三大最具开发前景的技术方面：可充电铅酸电池、氢化镍金属电池和锂电池。大量的研究成果有待于做进一步的调查和验证：如限制电池使用寿命因素，开发可靠的试验程序以设计出具有长使用寿命的电池，并同时能够开发出具有良好选择性和传导性的聚合物分离膜的各种离子形式。

由于燃料电池需要以氢气作动力源，因此必须首先寻找到一种能够安全贮存氢的方法。根据会议报告称，现在研究人员的当务之急应是发明一种旨在通过吸收作用即能达到贮存氢目的的超微孔材料，或通过金属蒸汽氧化在汽车上达刊再生氢气的目的。然后，再通过外部动力将产生的氧化铁滤除掉。新材料如fullerences、metallocarbohedranes和有机金属络合物对于在车上贮氢是非常实用的。

汽车工业的基础研究工作是一项长期复杂的系统工程，要想实现这一目标，非得借助于大学及政府的帮助和合作不可。尽管有些人对新型换代汽车计划持有异议，但美政府近年来还是在汽车的研究和开发项目上投注了大量的资金和人力。目前全美国至少有60多家与能源部合作用于专门从事汽车工业研究和开发的机构。国家标准技术局的高级技术计划纲要中也有用于资助汽车工业的研究项目。

[C&EN，1995年2月6日］