电动机作为现代工业和交通工具的核心组件，传统上普遍采用铜线或铝线作为绕组材料。铜的高导电性和稳定性使其成为电机线圈的首选，但铜材质的高密度与成本也带来了不少挑战。近日，韩国科学技术院（KIST）的科学家们开创性地开发出一种无需金属线圈、基于碳纳米管复合材料的新型电动机线绕技术，这种创新材料有望彻底颠覆传统电机的设计理念，推动轻量化电动交通工具和设备的发展。碳纳米管具有优异的导电性和机械强度，是纳米科技领域的明星材料，但长期以来受到团聚和导电性未能完全发挥的影响。通过韩国科学技术院研发的液晶辅助表面纹理化技术（Lyotropic Liquid Crystal-Assisted Surface Texturing，简称LAST），科学家们成功将缠绕成束的碳纳米管有序排列，实现了新型的芯被复合电缆（Core-Sheath Composite Electric Cables，CSCEC）。该工艺不仅提升了碳纳米管导线的电导率超过130%，还大幅减轻了重量，使得每根CSCEC线缆厚度仅约0.3毫米，兼具柔韧性和强度。
这样的电缆已成功应用于微型电机，推动了一辆模型车的驱动。脱离金属束缚的线路让电机整体重量骤减，同时保证了稳定的电气性能和机械性能。一项针对特斯拉Model S电动车电机的估计指出，如果将铜线绕组替换为CSCEC材料，电机重量可从68公斤降至约52.2公斤，约节省了25%的重量。虽然整体节省比例在车辆总重占比较小，但轻量化对电机转子惯性和响应速度带来积极影响，含义十分深远。更轻的转子意味着更快的加速响应和更高的整体驱动效率，同时降低热量生成，有助于缩减冷却系统规模，进一步减轻车辆负重，提升电池续航能力与性能表现。该技术还展现了在未来城市航空交通和电动空中出租车上的潜力。
以Joby航空为例，它装备的六台电机可能含有数百磅铜线，如果能大规模采用CSCEC材料，整机重量将显著下降，将直接提升载重效率和飞行性能。遗憾的是，尽管碳纳米管复合线缆的重量极轻，电导率仍远低于铜。根据研究数据，CNT导线的电导率约为铜的13%，导致电机的最高转速仅达到铜线电机的19%。这意味着电机的输出功率和效率在目前阶段尚不能完全匹配传统电机。然而，按单位重量分析，碳纳米管电机展现出非常接近传统设备的性能潜力，因此它在重量敏感的航空航天和便携式设备等领域具备特殊优势。成本仍然是阻碍碳纳米管电机广泛应用的重大瓶颈。
当前的CSCEC制造费用几乎是铜的数十倍，高达每公斤375至500美元，而铜仅需约10至11美元。生产工序对环境的影响亦不可忽视。尽管CSCEC带来了显著减重与性能提升，所采用的LAST工艺利用氯磺酸等强酸化学品，产生的副产物也需严格处理，且碳纳米管材料仍多依赖化石能源合成。相比之下，铜的开采和精炼同样存在环境和能源消耗问题。研究人员表示，随着技术进步，优化聚合物护套材料与碳纳米管排列方式，有望进一步提升导电率，有机会逐步缩小与铜的性能差距。未来若能实现高电压领域的应用突破，碳纳米管导线将不仅仅局限于电机绕组，而可能广泛用于车辆电缆总线及航空电子设备，带来颠覆性的轻量化革命。
工程师们也必须重新设计电机结构，适应复合材料特有的电气特性和机械需求。碳纳米管电机技术的发展过程类似于锂电池的进步曲线。锂离子电池曾因成本高与性能制约而难以普及，但十多年内通过连续创新，现已成为电动汽车主流动力源。若碳纳米管线缆技术经过持续研究，有望在未来十年内实现商业化应用，改变现有电机与电气系统的材料基础。行业内部和资本市场对这一技术持有浓厚兴趣，但同时保持理性，因为整个产业必须面对成本、制造复杂性和导电性能等多重挑战。一旦这道坎被攻克，将开启重量敏感型电动交通和自动化设备设计的新纪元。
碳纳米管技术的光明前景激励科研人员在纳米材料、复合工艺及电机设计等领域加速创新步伐。未来的城市将因轻量高效的碳纳米管电动机而更清洁、安静而高效。自动驾驶汽车、无人机、eVTOL以及智能机器人都可能受益于这一技术进步，推动人类移动方式进入全新阶段。综上所述，韩国科学技术院开创的基于CNT复合线缆的无金属线圈电机技术展示了革命性的潜力。它突破了传统电机设计对铜线束的依赖，实现了显著的减重和提高系统整体效率。尽管距离大规模商业应用还有不少技术及成本障碍，这一创新为未来电气化运输工具和能源装备的轻量化升级提供了清晰方向，可望引领下一个工业技术浪潮。
随着材料科学的持续进步和产业化能力的提升，未来碳纳米管电机将改变我们的机动生活，实现更环保、高效的机电系统和交通生态。
