作為軍民兩用新材料，碳纖維被譽為21世紀的“黑色黃金”，被我國列為國防航空科技發展的重點研究對象。然而，其制備關鍵技術被美國、日本等發達國家長期壟斷，我國長期處于跟隨的尷尬境地。

    前不久，海歸創業團隊烯灣科技宣布，其研發出的碳納米纖維管不僅在性能上超越已有的高性能碳纖維，而且其制備成本將遠低于傳統碳纖維。在不久的將來，碳納米纖維管有望大規模取代碳纖維，助力我國在這一領域實現“彎道超車”。

    新材料中的重中之重

    相較普通纖維，碳纖維是由有機固體高分子纖維在1000℃至3000℃的高溫、惰性氣體環境下，高溫分解、石墨化而成的含碳量90%以上的纖維。其力學、化學、電學等性能優異，是國民經濟與國防建設不可缺少的戰略性新興材料。

    碳納米管被稱為終極纖維，是由單層石墨同軸纏繞成管（單壁碳納米管）或由單壁碳納米管沿同軸層層套構而成的管狀物（多壁碳納米管）。碳納米管直徑一般在一到幾十納米之間，長度則遠大于其直徑，具有許多超常的物理性能（力學、電學、熱學）和化學性能，是一維碳納米材料。作為人類迄今為止發現的力學性能最好材料，碳納米管有著極高的拉伸強度、楊氏模量和斷裂應變。

    碳納米管纖維是把千千萬萬單根納米管扭擰在一起的宏觀纖維，具有輕質、高強、多功能性的特點，是新一代特種纖維材料，對高端科技發展具有重大戰略意義。學界普遍認為，碳納米管纖維作為下一代新型高強度纖維材料，可以應用于許多對材料強度要求較高的領域，特別是航空航天領域。

    碳納米管纖維強化的先進納米復合材料具有質量輕、強度高、彈性模量高的特點。同等強度下碳纖維復合材料的重量僅為鋁合金的七分之一，性能超過目前航空航天上用由碳纖維制造的復合材料，其不僅在民用領域應用場景廣泛，對于武器裝備性能提升同樣貢獻巨大，已被廣泛用于制造航空器機體及發動機、導彈外殼等領域。

    以航空航天用復合材料為例，隨著飛行器各項功能不斷提高和石油燃料價格不斷上漲，在航空飛機的主要結構件上，碳纖維強化復合材料的比重越來越大，對材料的力學性能的要求也越來越高。

    在高端汽車領域中，碳纖維復合材料的使用亦已形成趨勢。值得一提的是，碳纖維復合材料將輕量化與高強度、高安全性相結合，可以極大地提升駕駛體驗。如果將碳纖維復合材料應用擴展到普通汽車領域，可以極大地降低能源消耗，減少環境污染。

    除了航空航天和汽車領域，碳纖維復合材料還可用于風力發電、燃料電池、電池及超級電容器等新能源和民用器械領域。隨著下一代能源領域不斷拓展，民用碳纖維的需求比重將會越來越大。

    打破國外壟斷勢在必行

    出于種種原因，我國碳纖維行業長期受到技術封鎖和產品禁運以及價格打壓。目前，國內企業只能生產低等級碳纖維，制造規模也很小，無法有效保證產品的一致性，成本居高不下。這導致在國產大飛機、戰斗機、無人機等眾多重大國防項目上，以及汽車、工業器械制造等領域中，先進復合材料的使用率和合格率距離國際先進水平仍有不小差距。落后的材料加工技術嚴重制約了我國高端制造的發展。

    記者了解到，截至目前，能夠達到美國聯邦航空局國際標準性能、可以在客機中大量使用的碳纖維生產技術，基本掌握在美國、日本的少數幾家公司手中，而達到飛機使用最高標準等級的T800H、T800S，幾乎被日本東麗公司獨家壟斷。

    為此，國務院2015年公布的《中國制造2025》十年行動綱領中，將碳纖維材料作為國防航空科技發展的重點研究對象，并對碳纖維材料的研發生產做出了部署規劃。

    “新材料中，碳纖維是重中之重，我國卻一直難有大的突破，特別是不勻率高、毛絲多，力學性能也上不去，和國外產品質量差距越拉越大，無法制備航空航天結構材料。”已故的中國材料科學之父師昌緒曾公開坦言。

    能否攪動百億美元市場

    可喜的是，我國在碳纖維產業上的被動局面即將改變。海歸創業團隊烯灣科技在“全球首個碳納米管纖維量產項目”啟動儀式上表示，技術團隊已經研發出可量產的碳納米管纖維材料，不僅在性能上超越已有的高性能碳纖維，其制備成本也將遠低于傳統碳纖維。

    烯灣科技研發團隊帶頭人、首席科學家鄧飛博士畢業于東京大學，研究方向即為“下一代CFRP的納米復合材料的研究”。博士畢業后，鄧飛在美國特拉華大學復合材料中心繼續從事先進納米復合材料的研究工作。特拉華大學復合材料中心作為當前碳纖維材料及先進復合材料的權威研發機構，具有世界頂尖的研發團隊和科研技術，這讓鄧飛積累了堅實的技術儲備，最終帶領團隊實現突破。

    根據公開檢索的情況，目前美國、日本、澳大利亞和韓國都有科研團隊在做碳納米纖維管的研究。然而，根據已經通過期刊公布的性能檢測數據，在兩個最關鍵的指標強度和楊氏模量上，烯灣科技的指標數據都遙遙領先，分別達到了3.2至5.05σ/Gpa和120至330E/Gpa，性能直逼目前最先進的T800H和T800S碳纖維。

    據業內雜志Reinforced Plastics測算，2015年，全球碳纖維復合材料的市場達290億美元。《2015—2020年中國碳纖維行業市場競爭趨勢及投資戰略分析報告》指出，預計到2020年，國內碳纖維的需求將達2.6萬噸，年均增長速率約18.8%。2020年，我國碳纖維產業的市場規模將達到128億美元。

    按照鄧飛的設想，“凡是需要碳纖維應用的領域，碳納米管纖維都能夠以更好的性能、更低的成本完成替代”。

    盡管在外界看起來，這一目標頗為激進，鄧飛卻有著足夠的信心。他的底氣來自烯灣的核心技術和研發團隊。

    為早日實現對碳纖維全面替代的目標，鄧飛組建了一支博士研發團隊。團隊成員均畢業于國外知名院校，不僅覆蓋了該項目涉及的學科和方向，更擁有豐富的量產流程及自動化設備設計經驗。目前，該團隊已經取得多項專利，樣品和生產設備試制進展順利。

    除核心團隊外，鄧飛的研究還得到了許多行業泰斗和資深學者的支持。在烯灣科技首個量產項目啟動儀式上，鄧飛在東京大學攻讀博士期間的導師，日本東京大學副校長、東京大學研究生院新領域創成科學研究科先進能源工程研究室教授武田展雄不顧高齡，專程從東京飛抵深圳，見證量產項目啟動。

    目前，烯灣科技已經獲得來自松禾資本超千萬元人民幣的風險投資，并在中國深圳、美國特拉華、日本以及中國香港同步運營。

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責任編輯：劉洋

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