【专业讲堂】为什么复合材料是太阳能汽车的最佳材料？
在过去的100年中，人们看到了许多令人兴奋的工程材料的发展，其中一种是纤维增强塑料复合材料（FRP），它已经在太空、军事和最近的太阳能汽车中得到了应用。这些复合材料由嵌入塑料材料（基体）中的纤维组成，可以由一系列构成材料形成。
目前已经生产了二十多种类型的合成纤维，其中，三种通常用于复合材料应用：玻璃纤维、碳（石墨）纤维和凯夫拉纤维。玻璃由于其Si-O键的强度而非常坚固，但由于其易受缺陷的影响，因此也非常脆。由于玻璃断裂韧性低，一旦在缺陷处形成裂纹，它就会以很少的额外载荷传播直至破坏。然而，使熔融玻璃通过小直径的孔经牵伸可有效降低这些缺陷，在拉伸过程中，该表面可通过封闭出现的任何小缺陷来防止裂纹扩展，从而可获得优异性能的玻璃纤维。
与玻璃不同，石墨不是一种坚固的材料，因为它由处于弱键合的堆叠平面中的六角形排列的碳原子组成。通过利用各个平面的超高强度，可以将石墨制成坚固的纤维：将它们碾压成长圆柱状结构，可以形成轴向方向在碳原子平面内的纤维。这种结构说明了石墨纤维的高抗拉强度和低横向强度。
Kevlar的结构衍生自聚对苯二甲酰对苯二甲酰胺，其结构由氢键合在平面上的共聚物链构成，该平面折叠且径向排列。当沿其轴拉动纤维时，薄板像手风琴一样伸展，然后将负载直接施加到薄板平面中的粘合点上。
上述三种增强纤维在工程界几乎是无处不在，但纤维并不总是单独使用的。在复合材料中，它可以嵌入基质材料中，通常是环氧树脂。树脂在使用时与纤维混合，或者由制造商预先浸渍，并保持在接近0摄氏度的温度下，直到要使用为止。
复合材料在太阳能汽车中如此广泛使用的主要原因是：它们具有高的刚度与重量比，并且用途广泛，足以形成非结构面板或太阳能汽车的高应力组件如底盘。在重量是一个关键问题的比赛中，复合材料是必不可少的。幸运的是，成熟的复合材料加工工艺使其容易整合到他们的太阳能汽车中。一旦制成了这些零件，就可以使用专业知识和材料有效地将复合材料与汽车中的其他材料（例如铝或钢）集成在一起。
复合材料的一个奇妙地方是如何将它们与芯材结合在一起，以生产出非常坚固轻巧的面板。基本上，将复合层压板放置在芯材（如泡沫或nomex-蜂窝）的任一侧。通过在芯体的两侧隔开两个复合材料层压板，面板的强度大大提高，甚至太阳能汽车的高度结构化零件（例如底盘）也可以用复合材料夹芯板制成。
与面板相关的制造技术是折叠式的。复合面板保持不变，保持平坦和坚硬。但是，通过除去层压板中的一小条带，而不是从蜂窝状芯材另一侧的层压板上，可以将板沿除去的条折叠。此技术类似于将一张平纸折叠成盒子或其他形状。折叠后，可以将复合支架粘结到折叠的接缝上，以使面板保持其形状。
在某些情况下，复合材料类型的选择可能很关键。当需要高刚度时，碳纤维通常是最佳选择。在太阳能汽车中，大部分的车身/壳体、有时甚至意味着底盘、隔板和肋骨，所有这些都由碳纤维面板制成。凯夫拉虽然不那么坚固，却非常坚韧，最重要的是，与碳纤维不同，它是不导电的。因此，凯夫拉可用于制造电池盒。一个关键的注意事项是，凯夫拉是太阳能电池位于其上的顶部壳体的最佳选择。尽管可以期望采用电绝缘的太阳能电池封装和顶部外壳，但某些太阳能电池在导电碳纤维外壳上短路并破坏自身的风险仍然很高。由于不使用碳纤维，顶壳的刚度损失可以通过额外的支撑肋轻松弥补。最后，玻璃纤维也是不导电的，因此可用于与凯夫拉类似的应用，在这些应用中，高刚度不是首要条件。
但是，原材料并不是复合材料加工的唯一要求。为了使复合部件具有最终形状，还需要一个模具。制作复合材料零件基本上包括将复合材料层和芯层放置在模具顶部。将剥离层放置在复合材料的底部，以防止部件粘在模具上，将通气孔放置在顶部，以使空气被吸出。最后，真空袋围绕着整个叠层。固化复合材料是在真空下完成的，以使大气层的重量压缩部件并增加层压板与型芯之间的粘合力，并去除影响强度的气泡。通常还需要在烘箱中加热复合材料，以提高环氧树脂的固化强度并减少固化时间。
这些复合材料结合了每种组成材料的特性，并且由于其高的刚度/重量比以及易于成型的复杂几何形状，已成为生产轻型、空气动力学太阳能汽车必不可少的材料。利用每种复合材料的不同特性可以制造出轻便、坚固的太阳能汽车。