世界最長(zhǎng)碳納米管

十幾年前，《科學(xué)美國人》雜志曾提出一個(gè)夢(mèng)想，在地球和月球之間搭建一座“太空天梯”，如今這個(gè)夢(mèng)想又近了一步。近日，市科委支持的科研項(xiàng)目取得世界性突破——成功制備出世界上最長(zhǎng)的、單根長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)《科學(xué)美國人》雜志提出的夢(mèng)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)度并且具有理論力學(xué)性質(zhì)的碳納米管——單根長(zhǎng)度達(dá)到米級(jí)甚至公里級(jí)以上。 123,123

此前，全世界的科學(xué)家為了實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想絞盡腦汁，但始終未能制備出足夠長(zhǎng)的碳納米管。清華大學(xué)機(jī)械系、物理系、化工系先后制成了20厘米長(zhǎng)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(zhǎng)”(制造)過程中，高溫環(huán)境下催化劑會(huì)很快失去活性，導(dǎo)致碳納米管停止“生長(zhǎng)”。 內(nèi)容來自123456

魏飛對(duì)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(jí)以上長(zhǎng)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(mèng)想，到那時(shí)，人類進(jìn)入太空或運(yùn)送物資進(jìn)入空間站時(shí)，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(gè)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(diǎn)。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(huì)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(tuán)隊(duì)對(duì)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(shì)，創(chuàng)新了制備方法，將“生長(zhǎng)”每毫米長(zhǎng)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(zhǎng)”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(zhǎng)碳納米管擁有長(zhǎng)度、生長(zhǎng)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(qiáng)度，從而具有意想不到的機(jī)械性能—真正可以和鋼鐵、鈦合金等材料同場(chǎng)競(jìng)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。