eVTOL起飞, 材料行业迎新风口
发布日期：2025-01-21 12:28 点击次数：184低空新宠 eVTOL，后劲无穷
比年来，电动垂直起降遨游器（eVTOL）异军突起，成为全球航空领域的焦点，犹如一颗灿艳新星，照亮了改日交通的新航谈。
全球范围内，eVTOL 产业发展势头迅猛。自 2009 年全球第一家 eVTOL 企业 JOBY 树立，到 2016 年 Uber 建议空中出租车设想激发粗犷，稠密初创公司、汽车及航空巨头纷纷涌入。据统计，如今全球已有超百家 eVTOL 企业，认识居品数目超 1000 个，技巧路子百花皆放，涵盖全电动、混杂能源，构型有单旋翼、多旋翼、复合翼、矢量激动型等。
在中国，eVTOL 产业更是蕃昌发展。从战术层面看，低空经济被写入国度策划，工信部等多部门出台系列文献，为产业发展绘图蓝图，明确 2025 年试点、2035 年商用的主义。企业层面，亿航智能、峰飞航空等收货斐然，前者的 EH216-S 拿下全球首张无东谈主驾驶载东谈主航空器分娩许可证，后者的 “盛世龙” 完成跨海跨城遨游。各地政府积极支捏，社会本钱多量涌入，推动产业加速前行。
eVTOL 之是以备受夺目，源于其私有上风。与传统直升机比拟，它以电力驱动，节能环保，初始成本大幅捏造；多轴、多电机、降落伞等设想带来多重安全备份，部分还具备无东谈主驾驶功能，安全性更高；起降活泼，无需大型机场跑谈，楼顶、广场等小块旷地即可，能灵验缓解城市交通拥挤，为东谈主们出行从简多量时辰。
不错料思，eVTOL 将在改日交通领域掀翻一场变革，重塑城市交通生态，开启立体出行新篇章。不管是日常通勤、旅游不雅光，已经济急解救、物发配送，eVTOL 都将表现宏大作用，让咱们翘首企足它的精彩发达。
一、复合材料：eVTOL 的细小骨架
（一）碳纤维：当仁不让的主力军
在 eVTOL 的材料全国里，碳纤维复合材料无疑是最为夺主义 “明星”。碳纤维，这种含碳量超过 90% 的微晶石墨材料纤维，由有机纤维经碳化及石墨化处理制成，具有诸多超过本性。
从强度方面来看，它的强度设想远超高强钢，拉伸强度是钢铁的 5 倍傍边。以日本东丽公司的 T1000 级碳纤维为例，其拉伸强度可达 7000MPa 以上，而普通高强钢一般在 1000 - 2000MPa。在模量上，碳纤维一样发达出色，能为结构提供细密的刚性相沿。
碳纤维最大的上风在于其低密度、高强度的无缺伙同。其密度仅约为 1.5 - 2.0g/cm³，比拟之下，铝合金密度约为 2.7g/cm³，钢材更是高达 7.8g/cm³。这使得收受碳纤维复合材料制造的 eVTOL 机身结构件分量大幅捏造。举例，某 eVTOL 原型机，若收受传统铝合金制造机身框架，分量约为 500kg，而换用碳纤维复合材料后，分量暴减至 300kg 傍边，减重效果超 40%。
如斯显赫的减重上风，告成转动为 eVTOL 性能的全场地升迁。一方面，遨游器的载重智力显赫增强，原来只可搭载 2 - 3 名乘客的设想，在减重后有望搭载 4 - 5 东谈主，为改日空中出行的运力拓展提供了可能；另一方面，能耗大幅捏造，续航里程随之增多，单次充电后的遨游距离可比使用传统材料时升迁 30% - 50%，这关于 eVTOL 在城市空中交通中的实用性至关重要。
不仅如斯，碳纤维复合材料还具备抗疲困、耐腐蚀等本性。抗疲困性能使得 eVTOL 在时常起降、遨游过程中，结构部件能保捏长久稳重，减少因疲困导致的故障风险；耐腐亏蚀性让其能适当各式复杂环境，不管是湿气的沿海地区，已经有工业贬抑的城市上空，都能确保遨游器结构的完整性，减少珍重成本与频次，延迟使用寿命。
在当下 eVTOL 的制造领域，碳纤维复合材料的应用极为泛泛。从机身框架到机翼、尾翼等主要结构部件，再到旋翼、螺旋桨等激动部件，处处都有它的身影。国内如亿航智能的 EH216-S、小鹏汇天的旅航者 X2 等有名机型，海外像 Joby、Lilium 的原型机，均多量收受碳纤维复合材料，以罢了超过的遨游性能。
（二）热塑性复合材料：崭露头角的少壮
热塑性复合材料行为 eVTOL 材料领域的略胜一筹，正逐步崭露头角，展现出私有的魔力与宏大的后劲。
热塑性复合材料以热塑性树脂为基体，如常见的聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）等，与碳纤维、玻璃纤维等增强纤维复合而成。与传统热固性复合材料比拟，其最大的特色之一便是可回收性。热固性复合材料一朝固化成型，很难再次加工重塑，而热塑性复合材料在加热时粗略熔融，冷却后又重新固化，这意味着铲除的部件不错回收，经过处理后重新制成新的零件，合得当下绿色环保、可捏续发展的理念。
在成型工艺方面，热塑性复合材料上风显着。它只需升温、加压成型、冷却即可完成制备，收受热压成型等工艺，成型周期短。以制造一个袖珍 eVTOL 机翼衔接件为例，热固性复合材料可能需要数小时的固化时辰，而热塑性复合材料通过热压成型，仅需十几分钟以致更短时辰，分娩效力大幅提高。
这一本性关于 eVTOL 的大范畴量产道理不凡。跟着 eVTOL 阛阓需求的增长，改日需要像汽车产业一样罢了高效力、低成本的批量分娩，热塑性复合材料偶合契合这一趋势。它粗略捏造分娩成本，初步估算，使用热塑性复合材料制造某些部件，比拟热固性复合材料成本可捏造 30% - 50%，这将为 eVTOL 从高端定制走向群众普及掀开大门。
当今，固然热塑性复合材料在 eVTOL 中的应用尚未像碳纤维复合材料那样泛泛，但已有不少企业和科研机构看到自后劲，加大研发插足。举例，部分企业尝试将其应用于非关键承力部件，如内饰板、舱门等，在保证性能的同期蕴蓄应用训戒，缓缓拓展其使用范围，有望在改日 eVTOL 的大范畴生意化进度中饰演愈加剧要的脚色。
二、电板材料：能源之源的进阶
（一）固态电板材料：能量密度的新冲突
在 eVTOL 蕃昌发展的海潮中，电板技巧行为中枢驱能源之一，正资格着潜入变革，固态电板材料的崛起尤为引东谈主注目。
传统液态锂离子电板虽已泛泛应用，但瑕玷逐步娇傲。液态电板的电解液往往为易燃的有机溶剂，这犹如一颗 “定时炸弹”，在过充、过热、短路等极点情况下，极易激发生气以致爆炸，安全性隐患重重；能量密度方面，受限于石墨负极的表面孔量以及液态电解质的本性，升迁空间愈发短促，难以称心 eVTOL 对长航程、高载重的紧迫需求；此外，在低温环境下，液态电解质粘度增大，锂离子迁徙受阻，电板性能急剧着落，续航里程大打扣头，充电速率也变得迟缓，无法适配 eVTOL 高效运营的节拍。
固态电板的出现，为这些难题提供了惩处决议。相较于液态电板，固态电板收受固态电解质，从根底上阻绝了电解液清晰的风险，如同给电板穿上了一层 “防火铠甲”，热稳重性大幅升迁，即便在高温、碰撞等恶劣工况下，也能灵验捏造生气爆炸的可能性，为 eVTOL 的遨游安全添砖加瓦。
在能量密度上，固态电板上风显赫。以常用的硫化物固态电解质为例，其能适配高电压正极材料，拓宽了正极材料的采取范围，同期可稳重金属锂负极，阻挠锂枝晶滋长。这种私有的性能组合，使得固态电板的能量密度粗略平庸冲突传统液态电板的瓶颈，部分现实室研发的固态电板能量密度已超 500Wh/kg，比拟传统液态锂电板 200 - 300Wh/kg 的水平，罢了了质的飞跃。这意味着在相易电量需求下，固态电板的体积和分量可大幅捏造，为 eVTOL 松开 “牵累”，增多灵验载重或延迟续航里程。
快充性能亦然固态电板的一大亮点。其里面离子传导旅途更为优化，锂离子在固态电解质中的迁徙速率加速，粗略在短时辰内快速补充电量。一些固态电板技巧在特定条款下，可罢了十几分钟以致几分钟内将电量从 20% 充至 80%，远超传统液态电板的充电速率，极大镌汰了 eVTOL 的运营盘活时辰，提高了使用效力。
当下，固态电板材料领域研发火热，硫化物、氧化物等多种固态电解质路子输攻墨守。硫化物固态电解质如 Li₂S - P₂S₅体系，具有离子电导率高、与电极材料兼容性好等优点，是当今最具后劲罢了生意化应用的标的之一；氧化物固态电解质如 LiPON 等，化学稳重性强，制备工艺相对熏陶，在安全性和成本轨则上发达隆起。国表里稠密科研团队和企业纷纷插足重金，加速技巧攻关与产业化进度，神勇早日将固态电板的上风落地到 eVTOL 居品中，开启空中出行的新篇章。
（二）氢燃料电板材料：清洁能源的但愿
氢燃料电板，行为一种将氢气与氧气的化学能告成高效转动为电能的安装，宛如一颗冉冉升起的新星，在 eVTOL 的能源领域泄气着私有魔力，为改日绿色航空神色出壮丽蓝图。
与传统电板及燃油发动机比拟，氢燃料电板上风尽显。从环保角度看，其响应产物仅为水，真实罢了了零排放，在全球倡导低碳环保、支吾兴盛变化的大布景下，无疑是理思的清洁能源惩处决议。在能量密度层面，氢燃料电板更是发达超过，远超传统锂离子电板。以常见的质子交换膜燃料电板（PEMFC）为例，其能量密度可达 600 - 800Wh/kg，险些是当下高性能锂离子电板能量密度的 2 - 3 倍，这使得搭载氢燃料电板的 eVTOL 有望罢了超长航程，平庸跨越城市、以致跨越国界，极大拓展了空中出行的范围。
关于 eVTOL 而言，氢燃料电板的应用场景尽头浩瀚。稀奇是在长航程、大载重需求的场景中，如城市间的快速通勤、偏远地区的物质运输、海上解救等任务，氢燃料电板的高能量密度上风得以充分表现，粗略确保遨游器单次加氢后永劫辰稳重初始，减少时常补给的坚苦，升迁运营效力。
氢燃料电板的责任道理，是基于氢气在阳极催化剂作用下判辨为质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，与氧气伙同生成水，电子则通过外电路酿成电流，驱动 eVTOL 的电机运转。在这个过程中，催化剂和质子交换膜起着关键作用。
催化剂方面，当今铂基催化剂性能最为优异，粗略灵验捏造响应活化能，加速电极响应速率。但铂属于贵金属，成本昂贵，佳禾配资终结了氢燃料电板的大范畴普及。因此，全球科研东谈主员都在全力攻关，悉力于于研发低铂、非铂催化剂，通过材料复合、纳米结构设想等技能，提高催化剂的活性与稳重性，同期捏造铂的用量，以罢了成本的可控。国内如贵研铂业等企业，在贵金属催化剂研发上深耕多年，取得了不少冲突性效果，缓缓升迁国产催化剂的阛阓竞争力。
质子交换膜行为终止燃料、传导质子的关键部件，对电板性能影响重要。好意思国戈尔公司的全氟磺酸质子交换膜长期占据主导地位，其化学稳重性高、质子传导率强，但价钱不菲。比年来，国内企业振奋为雄，东岳集团研发的含氟质子交换膜，在性能上已接近国际先进水平，通过工艺优化与范畴化分娩，成本大幅捏造，为氢燃料电板在 eVTOL 领域的国产化应用奠定了坚实基础。跟着催化剂、质子交换膜等中枢材料的国产化进度加速，氢燃料电板成本有望捏续下探，届时将在 eVTOL 阛阓大放异彩，助力绿色低空经济升起。
三、电机材料：高效运转的保险
（一）高性能钕铁硼永磁材料：强盛磁场的提供者
在 eVTOL 的能源系统中，电机起着中枢作用，而永磁同步电机凭借其高效力、高功率密度等上风，成为 eVTOL 电机的主流采取。高性能钕铁硼永磁材料，则是永磁同步电机罢了超过性能的关键所在。
钕铁硼永磁材料，行为第三代稀土永磁材料，以其超强的磁性能脱颖而出。与传统磁体比拟，它具有极高的磁能积，粗略在相易体积下提供更矫健的磁场。这使得收受钕铁硼永磁材料的电机，功率密度得以大幅升迁。以某款 eVTOL 遨游器所使用的永磁同步电机为例，使用高性能钕铁硼永磁材料后，电机的功率密度比拟使用普通磁体时提高了 30% - 50%，在相易的功率需求下，电机的体积和分量显赫减小，为遨游器的轻量化设想提供了有劲支捏。
同期，钕铁硼永磁材料还能灵验提高电机的效力。在电机运转过程中，磁场的稳重性和强度对电能转动为机械能的效力有着关键影响。高性能钕铁硼永磁材料所提供的强盛而稳重的磁场，使得电机的电磁养息效力更高，减少了能量损耗，进而捏造了 eVTOL 的能耗，延迟了续航里程。
在实质应用中，全球稠密 eVTOL 企业和电机制造商都对高性能钕铁硼永磁材料喜爱有加。国内的金力永磁、安泰科技等企业，行为稀土永磁材料领域的杰出人物，不断加大研发插足，升迁居品性量，其分娩的高性能钕铁硼永磁材料已泛泛应用于 eVTOL 电机过头他高端电机领域，不仅称心了国内阛阓需求，还出口至海外，助力全球 eVTOL 产业发展。
策划词，钕铁硼永磁材料产业也面对一些挑战。一方面，稀土原材料价钱波动较大，对分娩成本影响显赫。比年来，跟着稀土行业的整合与调控，以及企业通过技巧立异、优化分娩工艺等技能，一定程度上缓解了成本压力。另一方面，高性能钕铁硼永磁材料的回收专揽技巧也在缓缓发展，以提高资源专揽率，捏造对稀土资源的依赖，罢了产业的可捏续发展。
（二）非晶材料：高频场景的优选项
跟着 eVTOL 向着高速、高频初始工况发展，电机材料也面对着更高要求，非晶材料因其私有的性能上风，逐步在这一领域崭露头角。
非晶材料，又称为非晶态合金，是一种通过快速凝固工艺制备而成的新式材料。它具有极低的磁滞损耗和涡流损耗，在高频环境下，这一上风愈发突显。与传统的硅钢材料比拟，非晶材料的损耗可捏造 80% - 90%，这意味着电机在初始过程中，粗略将更多的电能转动为机械能，而不是以热能的式样隐匿掉，从而大大提高了电机的效力。
关于 eVTOL 而言，其遨游过程中电机需要时常地高速运转，稀奇是在起降、加速、转向等阶段，电机的责任频率较高。在这种工况下，收受非晶材料行为电机铁芯，粗略灵验降粗劣耗，升迁遨游器的全体性能。以某款正在研发的高速 eVTOL 样机为例，其电机收受非晶材料铁芯后，在相易的遨游任务下，能耗比拟使用硅钢铁芯电机捏造了约 20%，续航里程得到显赫升迁，这关于拓展 eVTOL 的应用场景，如城市间的快速通勤、弥留解救等，具有重要道理。
此外，非晶材料还具有高磁导率、细密的温度稳重性等特色，粗略使电机在复杂的责任环境下保捏稳重的性能。尽管当今非晶材料在电机领域的应用还面对一些技巧难题，如材料硬度高、加工难度大，磁饱和点相对较低等，但跟着材料科学的不断逾越，以及企业和科研机构的捏续研发插足，这些问题正在缓缓得到惩处。国内的云路股份、安泰科技等企业在非晶材料研发和分娩方面已取得不少冲突，为非晶材料在 eVTOL 电机中的泛泛应用奠定了坚实基础。
四、其他材料：细节之处见真章
（一）减震降噪材料：恬逸遨游的必备
在 eVTOL 的遨游体验优化中，减震降噪材料起着至关重要的作用。遨游过程中的振动和噪声起原泛泛，旋翼、螺旋桨高速旋转产生的扞拒衡力，电机运转的飘浮，以及气流冲击机身等，都会给乘客带来不适，以致影响遨游器的结构稳重性与开导可靠性。
聚氨酯泡沫行为常用的减震降噪材料，以其私有的多孔结构和优异的弹性性能脱颖而出。当振动波传递至聚氨酯泡沫时，泡沫里面的孔隙粗略灵验漫衍能量，如同无数个微小的 “缓冲垫”，将飘浮缓缓消减。在一些袖珍 eVTOL 的座椅设想中，收受聚氨酯泡沫填充坐垫和靠背，不仅能为乘客提供恬逸的乘坐感受，还能减少遨游过程中传递至东谈主体的飘浮，幸免因永劫辰飘浮导致的身体疲困与不适。其降噪道理则基于对声波的接管和散射，多孔结构使声波在孔隙内屡次反射、折射，声能逐步转动为热能隐匿掉，从而捏造噪声传播。
新式发泡金属吸声材料比年来也备受温和。这类材料通过相当的发泡工艺制备，如以铝等金属为基体，酿成具有连通孔隙的泡沫结构。其吸声性能超过，一方面，孔隙的存在使得声波粗略深入材料里面，与金属骨架发生摩擦，将声能转动为热能；另一方面，发泡金属的刚性结构粗略灵验反射和散射部分声波，转变声波传播标的，幸免噪声告成向外发射。在 eVTOL 的机舱内壁、发动机舱等部位应用发泡金属吸声材料，可显赫捏造舱内噪声，升迁乘客的乘坐恬逸性，同期关于遨游器外部的噪声发射也有一定阻挠作用，减少对相近环境的影响，为 eVTOL 在城市环境中的闲适初始提供有劲保险。
（二）高耐压半导体材料：电控升级的关键
跟着 eVTOL 对性能要求的不断提高，电控系统的升级成为势必趋势，而高耐压半导体材料则是其中的关键一环。提高电压平台关于 eVTOL 罢了大功率输出、快充续航具有重要路理。
在大功率输出方面，更高的电压粗略在电流保捏相对稳重的情况下，大幅升迁电机的输出功率，确保遨游器在起飞、加速、爬坡等工况下有弥散强盛的能源，称心复杂遨游任务需求。以某款正在研发的 eVTOL 为例，其原有电控系统电压为 400V，电机最大功率为 100kW，当升级至 800V 电压平台，并适配相应高耐压半导体器件后，电机最大功率可升迁至 200kW 以上，能源性能罢了质的飞跃。
在快充续航上，高电压平台配合先进的充电技巧，粗略镌汰充电时辰，让 eVTOL 在运营缝隙快速补充电量，减少停机恭候时辰，提高运营效力，如同给遨游器注入 “能量快充剂”。举例，收受高电压快充技巧，原来需要 1 - 2 小时充满电的 eVTOL，有望在 30 分钟以致更短时辰内完成充电，使单次遨游后的盘活时辰大幅镌汰，一天内可推论更多遨游任务，这关于城市空中交通的高频次运营至关重要。
碳化硅（SiC）行为当下最具代表性的高耐压半导体材料，相较于传统的硅（Si）半导体，上风尽显。碳化硅的材料本性使其具有更高的击穿场强，粗略承受更高的电压，这意味着在设想电控系统时，不错使用更小尺寸的器件来承载相易以致更高的电压，从而减小功率模块的体积与分量，为 eVTOL 的轻量化设想添砖加瓦。其电子漂移速率是硅基半导体的两倍，使得器件切换速率更快，一方面在开关过程中的功率损耗更低，减少了能量挥霍，提高了电控系统效力；另一方面更高的切换频率允许使用更小的磁性元件和电容器，进一步优化了电控系统的全体布局，捏造成本的同期升迁了系统性能。此外，碳化硅的热导率苟简是硅的三倍，粗略快速将半导体结产生的热量传导至外部环境，确保器件在高温环境下稳重初始，提高了系统的可靠性与历久性，减少因过热导致的故障风险，为 eVTOL 的安全遨游添砖加瓦。
五、机遇现时，材料企业若何乘风而起
面对 eVTOL 带来的浩瀚阛阓远景，材料企业又该若何精确发力，霸占先机呢？
加大研发插足是关键一步。企业应与高校、科研机构精采融合，开发产学研聚首立异机制。举例，某材料企业与航空航天领域有名高校共建研发中心，针对 eVTOL 专用的高性能碳纤维复合材料张开接头，通过优化纤维与树脂配方、改造制备工艺，成效升迁材料强度 20%，同期捏造成本 15%，居品速即取得多家 eVTOL 整机厂订单。
积极与 eVTOL 整机制造商深度融合一样不能或缺。材料企业要参与到整机设想的前端按次，字据遨游器的性能需求，定制化开发材料惩处决议。如一家电板材料企业在 eVTOL 技俩初期就介入，与整机厂协同设想电板系统，依据遨游续航、快充等要求，研发适配的固态电板材料，确保两边技巧路子无缺匹配，罢了从材意象居品的无缝对接。
布局产能，提前经餬口产线膨胀与优化也近在咫尺。接头到 eVTOL 改日的量产趋势，材料企业需依据阛阓展望，合理扩大分娩范畴。一方面，引入先进自动化分娩开导，提高分娩效力，捏造东谈主力成本；另一方面，优化分娩经由，减少分娩按次中的能源销耗与材料挥霍，以支吾改日大范畴供货需求，在 eVTOL 产业升起之际，罢了材料企业自己的跨越式发展。
天然，挑战与机遇并存。材料企业在进犯 eVTOL 领域时，也面对着技巧迭代快、认证圭臬严格等难题。但只有强项立异驱动、协同发展的旅途，必能在这片新蓝海中破浪前行，与 eVTOL 产业联袂共创后光改日。
- 上一篇：薪酬守密轨制成国企“分拨不公”遮羞布!
- 下一篇：没有了