近年来，电动垂直起降飞行器（eVTOL）异军突起，成为全球航空领域的焦点，犹如一颗璀璨新星，照亮了未来交通的新航道。
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 成立，到 2016 年 Uber 提出空中出租车计划引发热潮，众多初创公司、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，概念产品数量超 1000 个，技术路线百花齐放，涵盖全电动、混合动力，构型有单旋翼、多旋翼、复合翼、矢量推进型等。
在中国，eVTOL 产业更是蓬勃发展。从政策层面看，低空经济被写入国家规划，工信部等多部门出台系列文件，为产业发展绘制蓝图，明确 2025 年试点、2035 年商用的目标。企业层面，亿航智能、峰飞航空等成绩斐然，前者的 EH216-S 拿下全球首张无人驾驶载人航空器生产许可证，后者的 “盛世龙” 完成跨海跨城飞行。各地政府积极支持，社会资本大量涌入，推动产业加速前行。
eVTOL 之所以备受瞩目，源于其独特优势。与传统直升机相比，它以电力驱动，节能环保，运行成本大幅降低；多轴、多电机、降落伞等设计带来多重安全备份，部分还具备无人驾驶功能，安全性更高；起降灵活，无需大型机场跑道，楼顶、广场等小块空地即可，能有效缓解城市交通拥堵，为人们出行节省大量时间。
可以预见，eVTOL 将在未来交通领域掀起一场变革，重塑城市交通生态，开启立体出行新篇章。无论是日常通勤、旅游观光，还是应急救援、物流配送，eVTOL 都将发挥巨大作用，让我们拭目以待它的精彩表现。
一、复合材料：eVTOL 的轻盈骨架
在 eVTOL 的材料世界里，碳纤维复合材料无疑是最为耀眼的 “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，具有诸多卓越特性。
从强度方面来看，它的强度设计远超高强钢，拉伸强度是钢铁的 5 倍左右。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，碳纤维同样表现出色，能为结构提供良好的刚性支撑。
碳纤维最大的优势在于其低密度、高强度的完美结合。其密度仅约为 1.5 - 2.0g/cm³，相比之下，铝合金密度约为 2.7g/cm³，钢材更是高达 7.8g/cm³。这使得采用碳纤维复合材料制造的 eVTOL 机身结构件重量大幅降低。例如，某 eVTOL 原型机，若采用传统铝合金制造机身框架，重量约为 500kg，而换用碳纤维复合材料后，重量锐减至 300kg 左右，减重效果超 40%。
如此显著的减重优势，直接转化为 eVTOL 性能的全方位提升。一方面，飞行器的载重能力显著增强，原本只能搭载 2 - 3 名乘客的设计，在减重后有望搭载 4 - 5 人，为未来空中出行的运力拓展提供了可能；另一方面，能耗大幅降低，续航里程随之增加，单次充电后的飞行距离可比使用传统材料时提升 30% - 50%，这对于 eVTOL 在城市空中交通中的实用性至关重要。
不仅如此，碳纤维复合材料还具备抗疲劳、耐腐蚀等特性。抗疲劳性能使得 eVTOL 在频繁起降、飞行过程中，结构部件能保持长久稳定，减少因疲劳导致的故障风险；耐腐蚀特性让其能适应各种复杂环境，无论是潮湿的沿海地区，还是有工业污染的城市上空，都能确保飞行器结构的完整性，减少维护成本与频次，延长使用寿命。
在当下 eVTOL 的制造领域，碳纤维复合材料的应用极为广泛。从机身框架到机翼、尾翼等主要结构部件，再到旋翼、螺旋桨等推进部件，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 等知名机型，国外像 Joby、Lilium 的原型机，均大量采用碳纤维复合材料，以实现卓越的飞行性能。
（二）热塑性复合材料：崭露头角的新秀热塑性复合材料作为 eVTOL 材料领域的后起之秀，正逐渐崭露头角，展现出独特的魅力与巨大的潜力。
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相比，其最大的特点之一就是可回收性。热固性复合材料一旦固化成型，很难再次加工重塑，而热塑性复合材料在加热时能够熔融，冷却后又重新固化，这意味着废弃的部件可以回收，经过处理后重新制成新的零件，符合当下绿色环保、可持续发展的理念。
在成型工艺方面，热塑性复合材料优势明显。它只需升温、加压成型、冷却即可完成制备，采用热压成型等工艺，成型周期短。以制造一个小型 eVTOL 机翼连接件为例，热固性复合材料可能需要数小时的固化时间，而热塑性复合材料通过热压成型，仅需十几分钟甚至更短时间，生产效率大幅提高。
这一特性对于 eVTOL 的大规模量产意义非凡。随着 eVTOL 市场需求的增长，未来需要像汽车产业一样实现高效率、低成本的批量生产，热塑性复合材料正好契合这一趋势。它能够降低生产成本，初步估算，使用热塑性复合材料制造某些部件，相比热固性复合材料成本可降低 30% - 50%，这将为 eVTOL 从高端定制走向大众普及打开大门。
目前，虽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广泛，但已有不少企业和科研机构看到其潜力，加大研发投入。例如，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，在保证性能的同时积累应用经验，逐步拓展其使用范围，有望在未来 eVTOL 的大规模商业化进程中扮演更加重要的角色。
二、电池材料：动力之源的进阶
在 eVTOL 蓬勃发展的浪潮中，电池技术作为核心驱动力之一，正经历着深刻变革，固态电池材料的崛起尤为引人注目。
传统液态锂离子电池虽已广泛应用，但弊端逐渐显现。液态电池的电解液通常为易燃的有机溶剂，这犹如一颗 “定时炸弹”，在过充、过热、短路等极端情况下，极易引发起火甚至爆炸，安全性隐患重重；能量密度方面，受限于石墨负极的理论容量以及液态电解质的特性，提升空间愈发狭窄，难以满足 eVTOL 对长航程、高载重的迫切需求；此外，在低温环境下，液态电解质粘度增大，锂离子迁移受阻，电池性能急剧下降，续航里程大打折扣，充电速度也变得迟缓，无法适配 eVTOL 高效运营的节奏。
固态电池的出现，为这些难题提供了解决方案。相较于液态电池，固态电池采用固态电解质，从根本上杜绝了电解液泄漏的风险，如同给电池穿上了一层 “防火铠甲”，热稳定性大幅提升，即便在高温、碰撞等恶劣工况下，也能有效降低起火爆炸的可能性，为 eVTOL 的飞行安全保驾护航。
在能量密度上，固态电池优势显著。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，拓宽了正极材料的选择范围，同时可稳定金属锂负极，抑制锂枝晶生长。这种独特的性能组合，使得固态电池的能量密度能够轻松突破传统液态电池的瓶颈，部分实验室研发的固态电池能量密度已超 500Wh/kg，相比传统液态锂电池 200 - 300Wh/kg 的水平，实现了质的飞跃。这意味着在相同电量需求下，固态电池的体积和重量可大幅降低，为 eVTOL 减轻 “包袱”，增加有效载重或延长续航里程。
快充性能也是固态电池的一大亮点。其内部离子传导路径更为优化，锂离子在固态电解质中的迁移速度加快，能够在短时间内快速补充电量。一些固态电池技术在特定条件下，可实现十几分钟甚至几分钟内将电量从 20% 充至 80%，远超传统液态电池的充电速度，极大缩短了 eVTOL 的运营周转时间，提高了使用效率。
当下，固态电池材料领域研发火热，硫化物、氧化物等多种固态电解质路线各显神通。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，是目前最具潜力实现商业化应用的方向之一；氧化物固态电解质如 LiPON 等，化学稳定性强，制备工艺相对成熟，在安全性和成本控制上表现突出。国内外众多科研团队和企业纷纷投入重金，加速技术攻关与产业化进程，力求早日将固态电池的优势落地到 eVTOL 产品中，开启空中出行的新篇章。
（二）氢燃料电池材料：清洁动力的希望氢燃料电池，作为一种将氢气与氧气的化学能直接高效转化为电能的装置，宛如一颗冉冉升起的新星，在 eVTOL 的动力领域散发着独特魅力，为未来绿色航空描绘出壮丽蓝图。
与传统电池及燃油发动机相比，氢燃料电池优势尽显。从环保角度看，其反应产物仅为水，真正实现了零排放，在全球倡导低碳环保、应对气候变化的大背景下，无疑是理想的清洁能源解决方案。在能量密度层面，氢燃料电池更是表现卓越，远超传统锂离子电池。以常见的质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其能量密度可达 600 - 800Wh/kg，几乎是当下高性能锂离子电池能量密度的 2 - 3 倍，这使得搭载氢燃料电池的 eVTOL 有望实现超长航程，轻松跨越城市、甚至跨越国界，极大拓展了空中出行的边界。
对于 eVTOL 而言，氢燃料电池的应用场景十分广阔。特别是在长航程、大载重需求的场景中，如城市间的快速通勤、偏远地区的物资运输、海上救援等任务，氢燃料电池的高能量密度优势得以充分发挥，能够确保飞行器单次加氢后长时间稳定运行，减少频繁补给的麻烦，提升运营效率。
氢燃料电池的工作原理，是基于氢气在阳极催化剂作用下分解为质子和电子，质子穿过质子交换膜到达阴极，与氧气结合生成水，电子则通过外电路形成电流，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，目前铂基催化剂性能最为优异，能够有效降低反应活化能，加速电极反应速率。但铂属于贵金属，成本高昂，限制了氢燃料电池的大规模普及。因此，全球科研人员都在全力攻关，致力于研发低铂、非铂催化剂，通过材料复合、纳米结构设计等手段，提高催化剂的活性与稳定性，同时降低铂的用量，以实现成本的可控。国内如贵研铂业等企业，在贵金属催化剂研发上深耕多年，取得了不少突破性成果，逐步提升国产催化剂的市场竞争力。
质子交换膜作为阻隔燃料、传导质子的关键部件，对电池性能影响重大。美国戈尔公司的全氟磺酸质子交换膜长期占据主导地位，其化学稳定性高、质子传导率强，但价格不菲。近年来，国内企业奋起直追，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，通过工艺优化与规模化生产，成本大幅降低，为氢燃料电池在 eVTOL 领域的国产化应用奠定了坚实基础。随着催化剂、质子交换膜等核心材料的国产化进程加速，氢燃料电池成本有望持续下探，届时将在 eVTOL 市场大放异彩，助力绿色低空经济腾飞。
三、电机材料：高效运转的保障
在 eVTOL 的动力系统中，电机起着核心作用，而永磁同步电机凭借其高效率、高功率密度等优势，成为 eVTOL 电机的主流选择。高性能钕铁硼永磁材料，则是永磁同步电机实现卓越性能的关键所在。
钕铁硼永磁材料，作为第三代稀土永磁材料，以其超强的磁性能脱颖而出。与传统磁体相比，它具有极高的磁能积，能够在相同体积下提供更强大的磁场。这使得采用钕铁硼永磁材料的电机，功率密度得以大幅提升。以某款 eVTOL 飞行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，电机的功率密度相比使用普通磁体时提高了 30% - 50%，在相同的功率需求下，电机的体积和重量显著减小，为飞行器的轻量化设计提供了有力支持。
同时，钕铁硼永磁材料还能有效提高电机的效率。在电机运转过程中，磁场的稳定性和强度对电能转化为机械能的效率有着关键影响。高性能钕铁硼永磁材料所提供的强劲而稳定的磁场，使得电机的电磁转换效率更高，减少了能量损耗，进而降低了 eVTOL 的能耗，延长了续航里程。
在实际应用中，全球众多 eVTOL 企业和电机制造商都对高性能钕铁硼永磁材料青睐有加。国内的金力永磁、安泰科技等企业，作为稀土永磁材料领域的佼佼者，不断加大研发投入，提升产品质量，其生产的高性能钕铁硼永磁材料已广泛应用于 eVTOL 电机及其他高端电机领域，不仅满足了国内市场需求，还出口至国外，助力全球 eVTOL 产业发展。
然而，钕铁硼永磁材料产业也面临一些挑战。一方面，稀土原材料价格波动较大，对生产成本影响显著。近年来，随着稀土行业的整合与调控，以及企业通过技术创新、优化生产工艺等手段，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利用技术也在逐步发展，以提高资源利用率，降低对稀土资源的依赖，实现产业的可持续发展。
（二）非晶材料：高频场景的优选项随着 eVTOL 向着高速、高频运行工况发展，电机材料也面临着更高要求，非晶材料因其独特的性能优势，逐渐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型材料。它具有极低的磁滞损耗和涡流损耗，在高频环境下，这一优势愈发凸显。与传统的硅钢材料相比，非晶材料的损耗可降低 80% - 90%，这意味着电机在运行过程中，能够将更多的电能转化为机械能，而不是以热能的形式散失掉，从而大大提高了电机的效率。
对于 eVTOL 而言，其飞行过程中电机需要频繁地高速运转，特别是在起降、加速、转向等阶段，电机的工作频率较高。在这种工况下，采用非晶材料作为电机铁芯，能够有效降低能耗，提升飞行器的整体性能。以某款正在研发的高速 eVTOL 样机为例，其电机采用非晶材料铁芯后，在相同的飞行任务下，能耗相比使用硅钢铁芯电机降低了约 20%，续航里程得到显著提升，这对于拓展 eVTOL 的应用场景，如城市间的快速通勤、紧急救援等，具有重要意义。
此外，非晶材料还具有高磁导率、良好的温度稳定性等特点，能够使电机在复杂的工作环境下保持稳定的性能。尽管目前非晶材料在电机领域的应用还面临一些技术难题，如材料硬度高、加工难度大，磁饱和点相对较低等，但随着材料科学的不断进步，以及企业和科研机构的持续研发投入，这些问题正在逐步得到解决。国内的云路股份、安泰科技等企业在非晶材料研发和生产方面已取得不少突破，为非晶材料在 eVTOL 电机中的广泛应用奠定了坚实基础。
四、其他材料：细节之处见真章
在 eVTOL 的飞行体验优化中，减震降噪材料起着至关重要的作用。飞行过程中的振动和噪声来源广泛，旋翼、螺旋桨高速旋转产生的不平衡力，电机运转的震动，以及气流冲击机身等，都会给乘客带来不适，甚至影响飞行器的结构稳定性与设备可靠性。
聚氨酯泡沫作为常用的减震降噪材料，以其独特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，泡沫内部的孔隙能够有效分散能量，如同无数个微小的 “缓冲垫”，将震动逐步消减。在一些小型 eVTOL 的座椅设计中，采用聚氨酯泡沫填充坐垫和靠背，不仅能为乘客提供舒适的乘坐感受，还能减少飞行过程中传递至人体的震动，避免因长时间震动导致的身体疲劳与不适。其降噪原理则基于对声波的吸收和散射，多孔结构使声波在孔隙内多次反射、折射，声能逐渐转化为热能散失掉，从而降低噪声传播。
新型发泡金属吸声材料近年来也备受关注。这类材料通过特殊的发泡工艺制备，如以铝等金属为基体，形成具有连通孔隙的泡沫结构。其吸声性能卓越，一方面，孔隙的存在使得声波能够深入材料内部，与金属骨架发生摩擦，将声能转化为热能；另一方面，发泡金属的刚性结构能够有效反射和散射部分声波，改变声波传播方向，避免噪声直接向外辐射。在 eVTOL 的机舱内壁、发动机舱等部位应用发泡金属吸声材料，可显著降低舱内噪声，提升乘客的乘坐舒适性，同时对于飞行器外部的噪声辐射也有一定抑制作用，减少对周边环境的影响，为 eVTOL 在城市环境中的安静运行提供有力保障。
（二）高耐压半导体材料：电控升级的关键随着 eVTOL 对性能要求的不断提高，电控系统的升级成为必然趋势，而高耐压半导体材料则是其中的关键一环。提高电压平台对于 eVTOL 实现大功率输出、快充续航具有重大意义。
在大功率输出方面，更高的电压能够在电流保持相对稳定的情况下，大幅提升电机的输出功率，确保飞行器在起飞、加速、爬坡等工况下有足够强劲的动力，满足复杂飞行任务需求。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，电机最大功率可提升至 200kW 以上，动力性能实现质的飞跃。
在快充续航上，高电压平台配合先进的充电技术，能够缩短充电时间，让 eVTOL 在运营间隙快速补充电量，减少停机等待时间，提高运营效率，如同给飞行器注入 “能量快充剂”。例如，采用高电压快充技术，原本需要 1 - 2 小时充满电的 eVTOL，有望在 30 分钟甚至更短时间内完成充电，使单次飞行后的周转时间大幅缩短，一天内可执行更多飞行任务，这对于城市空中交通的高频次运营至关重要。
碳化硅（SiC）作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，优势尽显。碳化硅的材料特性使其具有更高的击穿场强，能够承受更高的电压，这意味着在设计电控系统时，可以使用更小尺寸的器件来承载相同甚至更高的电压，从而减小功率模块的体积与重量，为 eVTOL 的轻量化设计添砖加瓦。其电子漂移速度是硅基半导体的两倍，使得器件切换速度更快，一方面在开关过程中的功率损耗更低，减少了能量浪费，提高了电控系统效率；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整体布局，降低成本的同时提升了系统性能。此外，碳化硅的热导率大约是硅的三倍，能够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定运行，提高了系统的可靠性与耐久性，减少因过热导致的故障风险，为 eVTOL 的安全飞行保驾护航。
五、机遇当前，材料企业如何乘风而起
面对 eVTOL 带来的广阔市场前景，材料企业又该如何精准发力，抢占先机呢？
加大研发投入是关键一步。企业应与高校、科研机构紧密合作，建立产学研联合创新机制。例如，某材料企业与航空航天领域知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展开研究，通过优化纤维与树脂配方、改进制备工艺，成功提升材料强度 20%，同时降低成本 15%，产品迅速获得多家 eVTOL 整机厂订单。
积极与 eVTOL 整机制造商深度合作同样不可或缺。材料企业要参与到整机设计的前端环节，根据飞行器的性能需求，定制化开发材料解决方案。如一家电池材料企业在 eVTOL 项目初期就介入，与整机厂协同设计电池系统，依据飞行续航、快充等要求，研发适配的固态电池材料，确保双方技术路线完美匹配，实现从材料到产品的无缝对接。
布局产能，提前规划生产线扩张与优化也迫在眉睫。考虑到 eVTOL 未来的量产趋势，材料企业需依据市场预测，合理扩大生产规模。一方面，引入先进自动化生产设备，提高生产效率，降低人力成本；另一方面，优化生产流程，减少生产环节中的能源消耗与材料浪费，以应对未来大规模供货需求，在 eVTOL 产业腾飞之际，实现材料企业自身的跨越式发展。
当然，挑战与机遇并存。材料企业在进军 eVTOL 领域时，也面临着技术迭代快、认证标准严格等难题。但只要坚定创新驱动、协同发展的路径，必能在这片新蓝海中破浪前行，与 eVTOL 产业携手共创辉煌未来。
