几十年来，汽车、航空和军事制造商一直依赖于线束。但是，随着产品变得越来越复杂，减轻重量变得越来越重要，工程师们迫切地想要找到一种替代方案。不断发展的技术，如碳纳米管、光纤和印刷电气系统，可能为未来汽车、卡车、机车、飞机和其他车辆的配电系统提供支柱。

尽管最近铜线价格上涨，但由于出色的电气性能和易用性，传统铜线束很可能在未来几年继续使用。铜线是一种安全的、经过验证的商品，工程师们都很满意。此外，制造商已经在线材加工设备上投入了大量资金，如剥线机、切割机、卷边机和焊机。

德尔福公司电气电子建筑工程总监克里斯·伯恩斯说:“电线仍然是许多应用的最佳选择，它具有最好的导电性。这就是为什么我们在很长一段时间内仍需要传统系统的原因。”

但是，有多少电线可以走的限制。例如，Delphi工程师正在使用更多26 AWG线来减少一些汽车应用中的重量和空间。而且，一些医疗器械制造商目前使用电线小于40 AWG，这具有0.08毫米直径。在推动薄表线的边界的同时，可能的误差余地很小，因为它在有效的包装中释放微小的电线和电缆变得非常困难。

减重对许多制造商来说也是一个越来越大的挑战，尤其是在航空航天行业。例如，波音747包含超过135英里和4000磅的电线。工程师们在研发更省油的飞机时，正忙于减少线束的尺寸和重量。

纳米技术起飞

航空航天业正引领着开发传统电线电缆替代品的潮流。一项具有巨大长期潜力的技术是纳米技术。碳纳米管(CNTs)已经被用于一些需要更小更轻的线束的军事应用，如无人驾驶飞行器和卫星。

碳纳米管具有与任何其他已知材料不匹配的强度重量比。NanoComp Technologies Inc.的工程师已经讨论了如何将它们转换为具有非常高的拉伸强度，高效导电性，电磁干扰（EMI）屏蔽能力和极端重量轻的接线。

在过去几年中，纳米数已参与了美国空军和北罗姆曼航空航天系统的几个研究项目。“这些项目的性质和重要性展示了我们材料的独特潜力，作为为传统航空航天成分创造更换且具有成本效益的替代品的基础，”纳米数总裁兼首席执行官Peter Antoinette说。“我们已经证明，CNT布线的性能优于高频应用的铜，剧烈储蓄。”

使用基于CNT的布线作为传统解决方案的替代方案存在几个好处，包括：

重量储蓄。“通过使用[我们] CNT胶带产品作为传统铜和铝制电缆屏蔽的替代品，航空航天厂商可以额外节省高达50％，同时保持可比或更好的电气性能，”业务发展副总裁John Dorr在纳米数。“在中心导体的情况下，[重量储蓄可以是]多达10％。”

铜的竞争力。“我们的CNT材料比传统的铜线技术要轻得多，”Antoinette说。“这种材料每立方厘米重0.4克，而铜每立方厘米重近9克。此外，特别是在更高的频率下，CNT布线表现出与传统铜相当或更好的导电性。”

可靠性。“弯曲测试表明，CNT导体比铜的弯曲极限高出几个数量级，为许多布线应用提供了更可靠的解决方案，”Dorr指出。

温度稳定。Dorr解释说:“碳纳米管导线的电阻率随温度的变化通常表现出更稳定的特性，但铜的情况不是这样，特别是在承受更高温度时。”碳纳米管也不像传统的铜线那样会腐蚀，这可以减轻由于过热而导致的早期故障。

NanoComp工程师目前正在使用Northrop Grumman，开发下一代CNT布线和胶带，这些CNT布线和胶带“适用于近期插入飞机作为常规铜基电线和电缆的替代品”。

“为期两年的计划，题为纳米复合材料连接器合作伙伴关系，[目的]以定义电缆设计参数和可复制的制造过程，”诺维尔·格鲁姆曼航空航天系统的新兴概念集成的产品团队领导者唐迪马齐奥说。

“最终结果将是一个优化的制造平台，设计用于生产高效且经济高效的材料，从而可以进行转型和基于碳纳米管导体的广泛实现，”Dimarzio索赔。“我们相信这一倡议将导致真正的21世纪的解决方案，以大大提高现代飞机的重量和燃油效率，可实现可持续的成本和节能。”

碳纳米管板和纱线材料在传统丝等线轴上缠绕在卷轴上。NanoComp采用定制和现成的硬件的组合，以及专有过程，制造其CNT板和电线产品。

“我们设想在不到五年的时间，可能越早的普遍采用[航空航天和军事行业技术]可能越早，”Dorr。为了预期不断增长的需求，纳米数在进入新的大规模制造工厂的过程中。

尽管纳米线有许多好处，但容量和成本的挑战将阻碍其广泛使用。Dorr指出:“与CNTs的其他应用相比，线材解决方案需要相对较高水平的制造能力。”“此外，大多数互连解决方案都对价格敏感，因为它们通常是一种商品，而不是专业解决方案。

“第二个挑战是为直流电源应用实施CNT布线解决方案，”Dorr补充说。“如今，CNT布线更适合射频信号解决方案。在低频率下，铜的性能继续优于CNTs。”

汽车工程师也看到了CNT线材的巨大潜力。“它有一些有趣的可能性，”Burns说。“德尔福正在扩大我们在纳米技术方面的研发努力。”

本田研究所美国公司一直在研究该主题几年，与普渡大学和路易斯维尔大学的工程师一起工作。项目总监Hideaki Tsuru索赔，“微观碳纳米管比人性的头发更薄的薄弱可能具有巨大的运输电力，并且在最小的能量损失，”Hideaki Tsuru损失最小，“。

“(我们的)发现为小型化和能源效率开辟了新的可能性，包括……电线，”Tsuru补充道。在本田的实验室里，碳纳米管生长在金属纳米颗粒表面，以尖端有碳原子的轧制蜂窝板的圆柱形形式。

Tsuru指出:“当这些微小的碳纳米管表现出金属导电性时，它们具有比钢更强的强度，比铜更高的电性能，像钻石一样有效地导热，像棉花一样轻。”本田已经实现了91%的金属导电性的成功率。

有趣的纤维

光纤技术不像碳纳米管那么吸引人，但它也有潜力在一些产品中取代传统的电线，比如飞机和直升机。在飞机中，光导电缆比铜线重量轻，占用空间小。它们对强无线电信号和雷电有较强的免疫力，不受短路电弧的影响，可以携带更多的电子信号。

光纤控制系统可能导致更轻，更加省油的飞机，具有更可靠的控制和监控系统。根据美国国家航空航天局的Glenn Research Center的工程师，与使用传统铜线的设计相比，使用光纤控制系统的飞机的重量和燃料节省很大。长铜缆不仅重量比光纤，还必须屏蔽绝缘，以保护其他飞机系统免受信号泄漏。

“一根头发大小的光纤可以传输数百个高速信号，取代笨重的铜电缆，”Bishop & Associates公司总裁Ronald Bishop说。Bishop & Associates是一家市场研究公司，最近发布了一份关于光纤连接器在军事和商业应用方面的新报告。“在长途应用中，电信行业立即采用了这种无需放大就能传输数公里信号的能力，但由于成本问题，在其他细分市场的广泛应用受到了阻碍。”

将光纤应用于航空航天的想法并不新鲜，美国宇航局的工程师在20世纪80年代末和90年代初就研究过这个概念。他们发现，在装有光纤控制装置的飞机上，数字信号在不同地点之间的传输速度会更快，因为光纤电缆不像铜线那样有内在的电阻来抵抗通过它们的电流。

但是，光纤未能捕获许多非电信应用程序。“多年来，铜的Immanent消亡已经预测了多次，但是先进的芯片技术与信号完整性的改进相结合，使工程师能够找到扩展铜的实际带宽的方法，”主教指出。“与所需的电光转换过程相关的成本，以及需要熟练技术人员成功终止的连接器，阻止广泛的市场转换为光纤。

“随着我们达到[无限高速带宽和多个]通道的系统要求，光纤再次受到可行的替代方案，”主教主教。“光纤链路开始在许多应用中使用铜接近成本平价。”

打印配线

在不久的将来，可以使用触摸按钮打印布线线束，连接器和其他电气元件。印刷电气系统是印刷电子产品的脱震，一个快速生长的田地。

印刷电子基于官能化聚合物膜的柔性基板，小于1毫米厚。“印刷电子产品的市场潜力是巨大的，”有机和印刷电子协会（OE-A）董事长Wolfgang Mildner（OE-A）。“薄，灵活性，鲁棒性和轻松集成是这项新技术的竞争优势。”

OE-A董事总经理克劳斯•赫克(Klaus Hecker)认为，这项技术在汽车行业可能有多种应用。他预测:“到2015年，将出现完全集成、平滑、美观的内饰，内置显示器和开关。”“它们只会在需要的时候显示，轻轻触摸就能激活。

“这也将涉及外部：非常薄，但辉煌的有机LED背光[将]直接粘在车身上，”Hecker指出。“印刷导线[将]与汽车的电气连接。[会有]没有螺钉，没有突出到密集包装的零件。“

“仪器集群和接线的完全印刷和层压替代品将节省汽车的重量，成本和空间，”IDTechex董事长，专门从事印刷电子产品的咨询公司。“无线传感器和执行器还将在未来的车辆中节省接线，并逐渐印刷自己。”

导电墨水将允许制造商印刷一些电气系统。“这项技术有潜力应用于飞机机身和汽车车身的复合材料面板，”已开发出名为Metalon的铜墨水的NovaCentrix的营销副总裁斯坦·法恩斯沃思(Stan Farnsworth)说。

“真铜油墨可用于丝网、柔版或凹版应用，”法恩斯沃思补充说。“结合我们的PulseForge技术，这些油墨可以应用于塑料薄膜甚至纸张等基材。”

PulseForge工具使用来自定制灯具的简短、极高功率的光脉冲，在室温下烧结无机油墨和薄膜。Metalon和PulseForge的结合允许使用薄的、柔性的衬底来满足电导率的要求。由于脉冲持续时间很短，大多数衬底不受影响。

“在这一过程中有很多兴趣，”机械工程师Farnsworth说。“大部分焦点一直在包装行业中，但它也有很多潜力可以在许多行业中取代传统的布线。我们目前正在使用一些航空航天和军事制造商。

“印刷是一个附加的过程，”法恩斯沃思指出。“你把它放在你想要的地方。你不能在事后再加窃听器。它可以让你摆脱传统线束的限制，如尺寸和重量。可打印电气系统还可以省去几个设计和组装步骤，从而降低成本和复杂性。而且，我们使用水性油墨来实现绿色制造过程。”

然而，Farnsworth说铜墨水技术仍然需要更多的发展。例如，“我们目前大约在电线电导率的一半，”他解释道。“我们正在解决与水分，温度和湿度有关的问题。”一种

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