據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，清華大學(xué)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，在超級(jí)強(qiáng)度材料上獲得重大突破：在世界上首次制備了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度的1厘米超長(zhǎng)碳納米管管束，其拉伸強(qiáng)度超越已知所有其他纖維材料，拉伸強(qiáng)度提高到80GPa以上。

    碳納米管被認(rèn)為是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的幾種材料之一，被認(rèn)為是制作太空電梯的理想材料。然而這種高強(qiáng)度材料，只在微觀的尺度，例如納米級(jí)別才顯示出超強(qiáng)度的特性，然而在可見的宏觀尺度，這種碳納米材料就會(huì)性能迅速下降，因?yàn)榕f有的制備技術(shù)形成的碳納米管有缺陷，很容易在拉力作用下易從缺陷處斷裂并極易相互滑移。

    但是清華大學(xué)兩個(gè)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作采用氣流聚焦法，制備出了具有確定組成、結(jié)構(gòu)完美且平行排列的厘米級(jí)連續(xù)超長(zhǎng)碳納米管管束，然后另辟蹊徑，將管束的拉伸強(qiáng)度提高到80GPa以上，接近單根碳納米管的拉伸強(qiáng)度，并證明隨碳納米管根數(shù)增加，強(qiáng)度可以保持。

    80GPa是拉伸強(qiáng)度的單位，可能單純的數(shù)字并不能顯示其威力。那么我們可以列舉一些當(dāng)前的材料來進(jìn)行對(duì)比。例如目前市場(chǎng)上強(qiáng)度最好的碳纖維日本東麗公司的T1000，其拉伸強(qiáng)度是多少呢？只有7.02GPa，該公司研制的實(shí)驗(yàn)室中的最先進(jìn)碳纖維也只有9GPa。一些超級(jí)汽車鋼、超高強(qiáng)度鋼板的拉伸強(qiáng)度也就是1.5-2GPa。我國(guó)的超長(zhǎng)碳納米管強(qiáng)度是目前材料的10-60倍。

    復(fù)合材料應(yīng)用于大飛機(jī)、大火箭領(lǐng)域已經(jīng)是當(dāng)前的潮流，其原因就在于碳纖維等復(fù)合材料重量很輕但強(qiáng)度卻非常大，這就意味這這些航空航天裝備在降低空重的同時(shí)，還具有更好的力學(xué)性能。這對(duì)于航空航天武器提高有效載荷具有決定性意義。而超長(zhǎng)碳納米管管束是現(xiàn)有最先進(jìn)復(fù)合材料的10倍，就意味著性能會(huì)有顛覆性提升。中國(guó)研制的C-919大飛機(jī)、長(zhǎng)征九號(hào)重型運(yùn)載火箭性能就可能實(shí)現(xiàn)彎道超車。

    此外，這些這些結(jié)構(gòu)完美的碳納米管還展示出了驚人的拉伸-復(fù)原的可逆性以及疲勞壽命，因此在機(jī)械能存儲(chǔ)上具有極大的優(yōu)勢(shì)，其能量密度密還是功率密度，碳納米管都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他儲(chǔ)能材料或設(shè)備。碳納米管儲(chǔ)存機(jī)械能的能量密度是飛輪儲(chǔ)能密度的3倍，是鋰離子電池儲(chǔ)能密度的5-8倍，超過一般金屬彈簧儲(chǔ)能密度的25000倍。可以應(yīng)用在電磁彈射、電磁炮、激光炮等能量武器上。

    除了超高強(qiáng)度和超高儲(chǔ)能，碳納米管還具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)。碳納米管電子器件具有尺寸小度快、功耗低等優(yōu)勢(shì)。在制造晶體管、存儲(chǔ)器、邏輯電路、傳感器等器件方而展示出了巨大的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上在2017年IBM就公開了碳納米管生產(chǎn)技術(shù)，可令運(yùn)算速度提升一千倍。北京大學(xué)電子系教授彭練矛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功使用新材料碳納米管制造出芯片的核心元器件——晶體管，其工作速度3倍于英特爾最先進(jìn)的14納米商用硅材料晶體管。可以說中國(guó)兩所大學(xué)研究人員對(duì)碳納米管的研究，也為中國(guó)芯片發(fā)展指出了另一個(gè)方向。

    材料科學(xué)是基礎(chǔ)性科學(xué)，中國(guó)在很多核心技術(shù)方面存在短板，歸根結(jié)底和材料科學(xué)研究不到位有很大關(guān)系。相反，只有加大在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的投入，才能讓中國(guó)實(shí)現(xiàn)真正的后發(fā)超越。越是我國(guó)可能被封鎖、禁運(yùn)、制裁、卡脖子的時(shí)候，我們?cè)绞菓?yīng)該注重基礎(chǔ)科學(xué)的投入，只有這樣才是打破封鎖的唯一有力武器。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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