摘要：随着材料学的不断发展，新型材料的应用范围越来越广泛，其性能也趋于多样化，其中就包括碳纤维材料的应用。本文以碳纤维材料的实践应用为研究内容，在简要阐述碳纤维材料的同时，从多个方面对碳纤维材料的应用加以介绍，以期加深人们对碳纤维材料的认识。
关键词：碳纤维材料 实践应用 材料学
碳纤维材料作为一种新型材料，因其独特的物理和化学特性受到了大众的广泛欢迎。目前，其在航空航天、建筑、消防、交通运输等领域应用广泛。因此，研究碳纤维材料的实践应用，有助于我们了解碳纤维材料的特性，以及其在不同领域的适应性，从而为碳纤维材料的研究提供方向，促进以碳纤维技术为核心的碳纤维产业不断发展。
一、碳纤维材料概述
碳纤维材料以碳元素的纤维状排列为主要结构，在碳纤维材料中，碳元素所占材料质量比超过了9成。碳纤维材料之所以被称为“21世纪材料之星”，这与其特性有着密不可分的关系，它不仅具有良好的柔性，能够在传统纺织领域中应用，而且还具有一定的刚性，在持续高温状态下能够保持较高的强度。除此之外，碳纤维材料还有耐腐蚀、耐疲劳等特性，能够适应不同环境的要求。
二、碳纤维材料的实践应用
碳纤维材料出现的时间较早，但是，碳纤维材料真正实现商业化的时间是在上个世纪七十年代。由于碳纤维材料的生产工艺要求较高，所以其高昂的价格使碳纤维材料的实践应用受到了限制。但在科学技术不断发展的今天，碳纤维材料技术得到了推广，价格也随之下降，这也为碳纤维材料在各领域的推广应用奠定了基础。
（一）碳纤维材料在航空航天领域的应用
众所周知，航空航天技术水平是一个国家综合国力的重要标志，材料学的发展直接影响着航空航天技术的进步。航空航天技术对质量和强度有着极高的要求，传统材料在保证质量的情况下，不具备较高的强度，而大量使用钛合金材料无疑增加了航空航天研究的成本。为此，研究人员将兼具低密度、高强度的碳纤维材料应用于航空航天领域，如火箭推进系统的尾喷管、整流罩、太阳能电池支撑板、飞机机翼、轮胎等。
以卫星太阳能电池支撑板为例，由于卫星在太空中进行工作的能源是通过太阳能电池板供电所提供的，所以卫星质量会大大增加，势必也会耗费其能量。为此，研究人员使用碳纤维材料作为卫星太阳能电池支撑板的主要材料，利用其密度低、强度大的特性，满足了卫星太阳能电池支撑板工作的需要，对其耗能影响也很小。
（二）碳纤维材料在建筑领域的应用
碳纤维技术的发展，以及相关生产工艺的日益成熟，使得碳纤维材料能够实现批量生产，其价格也明显降低。在建筑领域中，尤其是在对建筑结构强度要求较高的情况下，传统材料普遍存在强度不够或者是价格过高等问题，而碳纤維材料的应用则能很好地解决这些问题。
以刚刚建成通车的港珠澳大桥为例，港珠澳大桥的主体分段为斜拉桥结构，由于其需要承受超高的重量，所以建筑师在选择斜拉钢索时需要考虑到其抗拉性、抗疲劳性。同时，由于港珠澳大桥的地理位置较为特殊，所以斜拉钢索受海水侵蚀较为严重，在选择材料时还需要将其抗腐蚀性考虑在内。基于安全角度分析，建筑师选取了融合碳纤维技术的超高强度斜拉钢索，其在满足抗拉性、抗疲劳性的基础上，还可以有效应对海水的腐蚀。
（三）碳纤维材料在交通领域中的应用
随着现代交通行业的发展，交通运输业在国民经济中的作用越来越重要。以我国汽车制造业的发展为例，在常规汽车的制造技术上，我国与欧美国家的差距越来越小。为赢得更广阔的市场，我国汽车制造企业在不断提高汽车核心技术的同时，开始研发新的汽车材料，其中就包括碳纤维材料的应用。如汽车刹车片的设计，传统材料的刹车片在长时间急刹车的情况下，由于过热会导致其失效，进而威胁驾乘人员的安全。但是，设计人员利用碳纤维材料的导热性，则可以增加刹车片的导热效果，同时使制动效果能够持续，确保驾乘人员的安全。
除此之外，在一些高端的交通工具中，碳纤维材料的应用也十分广泛，如游艇的壳体结构、跑车的轮毂等。
（四）碳纤维材料在新能源领域的应用
随着环境问题的恶化，以风能、太阳能、核能为代表的新能源逐渐引起了人们的重视，碳纤维材料对新能源技术的发展也起到了一定的推动作用。根据瑞典查尔姆斯理工大学的研究结果可知，碳纤维能够充当电池的电极，并可以直接用于电能存储，这为电池研究提供了新的方向。传统电池结构虽然简单，但由于电池的单位密度较大，所以其效率也较低。基于碳纤维技术的新型电池则能够大幅提升电池储能与质量之比，该技术如果应用于特斯拉电动车上，就可以使其重量减轻约50%。碳纤维材料的应用将推动新能源产业的发展，为环境保护做出巨大贡献。
三、结语
尽管，我国在碳纤维技术方面的发展已经取得了一定的成就，但是，相关核心技术依然被欧美发达国家所掌握，技术封锁制约了我国碳纤维材料的发展。因此，加快碳纤维材料技术的研究，拓展碳纤维材料的应用范围，将成为我国材料学研究领域的重要课题，这也是我国碳纤维产业发展的坚实基础。
参考文献：
[1]戎光道.我国碳纤维产业发展现状及建议[J].合成纤维工业，2013，（02）.
[2]姜茂川，范雨娇.国内碳纤维产业发展浅析及展望[J].新材料产业，2017，（08）.
（作者简介：吴宇堃，保定市第一中学，高中学历。）