世界最長碳納米管

十幾年前，《科學(xué)美國人》雜志曾提出一個夢想，在地球和月球之間搭建一座“太空天梯”，如今這個夢想又近了一步。近日，市科委支持的科研項目取得世界性突破——成功制備出世界上最長的、單根長度達(dá)半米以上的碳納米管，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這是建造“太空天梯”的關(guān)鍵。

要想實現(xiàn)《科學(xué)美國人》雜志提出的夢想，就要找到制造“太空天梯”的材料，這種材料要跨越38萬公里的距離而不被自身重量拉斷。碳納米管是迄今為止發(fā)現(xiàn)的力學(xué)性能最好的材料之一，有著極高的拉伸強度和斷裂伸長率。其密度只有鋼鐵的六分之一到四分之一，單位質(zhì)量上的拉伸強度，卻是鋼鐵的276倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前人類發(fā)現(xiàn)和制造的其他任何材料。光有碳納米管還不夠，還需要批量制備出具有宏觀長度并且具有理論力學(xué)性質(zhì)的碳納米管——單根長度達(dá)到米級甚至公里級以上。 123,123

此前，全世界的科學(xué)家為了實現(xiàn)這一夢想絞盡腦汁，但始終未能制備出足夠長的碳納米管。清華大學(xué)機械系、物理系、化工系先后制成了20厘米長度的碳納米管束或單根碳納米管后，近幾年國際上再也沒有新的突破。其中最關(guān)鍵的困難，是碳納米管“生長”(制造)過程中，高溫環(huán)境下催化劑會很快失去活性，導(dǎo)致碳納米管停止“生長”。 內(nèi)容來自123456

魏飛對碳納米管未來的應(yīng)用充滿期待：“目前我們正在從事一米以上碳納米管的制備，下一步我們希望能夠制備出公里級以上長度并具有宏觀密度的碳納米管。這些工作將為太空天梯的制備開啟一線曙光。”在地球與國際空間站、衛(wèi)星之間用碳納米管搭建“天梯”將成為可預(yù)期的夢想，到那時，人類進(jìn)入太空或運送物資進(jìn)入空間站時，可以像乘坐電梯一樣前往。

這一研究成果是“北京納米科技產(chǎn)業(yè)躍升工程”繼建立全球首個碳納米管薄膜生產(chǎn)線之后，又一全球領(lǐng)先科研成果，令北京在未來科技與高端制造業(yè)中，搶占了戰(zhàn)略制高點。目前，該研究成果已經(jīng)在《先進(jìn)材料》、《材料化學(xué)》、《美國化學(xué)會納米》等國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表文章，引起了世界的關(guān)注。

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近幾年，清華大學(xué)魏飛教授帶領(lǐng)團隊對制備方法進(jìn)行重新審視，終于找到新的途徑。他們充分發(fā)揮材料制備、化工技術(shù)學(xué)科交叉的優(yōu)勢，創(chuàng)新了制備方法，將“生長”每毫米長度碳納米管的催化劑活性概率，首次提高到99.5%以上。這樣，一直到碳納米管“生長”到超過0.5米，催化劑才最終失效。這創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，較之前提高一倍多。

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值得期待的還有，這類超長碳納米管擁有長度、生長速度快與結(jié)構(gòu)超完美的多重特性，已經(jīng)接近理論最高值的拉伸強度，從而具有意想不到的機械性能—真正可以和鋼鐵、鈦合金等材料同場競技，進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，制造“拉不斷”的繩子、“扯不破”的纖維布、“打不透”的防彈衣。