


1月15日,中国科学院山西煤化所与相关单位联合实现国产T1000级高性能碳纤维量产,其强度达钢材的7-8倍。可应用在航空航天、国防军工、新能源、高端装备等领域。
这一突破,不禁让人联想到20年前,也就是2006年刘慈欣发表的科幻小说《三体》中描绘的“飞刃”——能轻松切割钢铁巨轮的细丝。
——它究竟有多强——
最接近“飞刃”的高性能碳纤维
细如发丝,力拔千钧:一束碳纤维含12000根单丝,单丝直径不足头发丝的十分之一。1米长的纤维仅重0.5克,却能承受超过200公斤的拉力而不断,其强度是钢材的7-8倍。
“T”字标号,实力认证:在碳纤维领域,“T”代表高强度,其后数字越大,性能越强。T1000级已属于国际顶尖水平。
强力来源:其超凡强度源于极致的工艺控制。原丝经1000℃至1500℃的高温碳化,非碳元素被精准剥离,最终形成高度有序的纯碳结构。碳原子组成坚固的石墨烯片层网络,再通过精密工艺层层定向“编织”与压实,最终形成一个既有纵向纤维、又有横向锁死的超级立体网络,坚不可摧。
——科幻场景——
从《三体》“飞刃”到科学想象
在《三体》第一部中,飞刃首次登场。
为抵御三体人入侵,人类启动了“古筝计划”,即利用细丝摧毁地球三体组织的核心基地和指挥中心——由6万吨级油轮改造而成的“审判日”号。
具体做法是,在巴拿马运河最窄处,将数十根飞刃在两岸立柱上以约50厘米的间距纵向、平行绷紧。最终,“审判日”号通过时,“飞刃”像切豆腐一样将钢铁巨轮和里面的人割成了薄片,隐藏在附近的人类数十辆装甲车和警车呼啸而来。人类和三体人大战的序幕,自此揭开。
所谓细丝,其实是《三体》中的纳米材料专家汪淼研发的最新纳米材料“飞刃”。它基于纳米技术,利用分子探针将材料分子像砌砖一样垒砌起来,最终形成丝状。虽然“飞刃”只有头发丝的十分之一粗细,肉眼几乎不可见,但却可以切割钢铁。
——现实原型——
被寄予厚望的碳纳米管
现实中,这种高强度材料的原型是碳纳米管。这是一种管状的纳米级石墨晶体,分为单壁和多壁碳纳米管。碳原子以不同的方式排列会形成不同材料,堆叠在一起是石墨,剥离出单层的二维材料是石墨烯,而把石墨烯片层卷成管状是碳纳米管。
意外发现:碳纳米管的历史可以追溯到1991年,由日本科学家饭岛澄男发现。他的本意是想要制备足球烯,但未成功,反而制备出了一系列纳米级别的管状构造,也就是碳纳米管。
掀起热潮:碳纳米管的发现,掀起了一股研发热潮,它也被誉为“二十世纪最神奇的纳米材料”之一。碳纳米管密度只有钢铁的1/6,强度却是钢铁的100倍。虽然无法达到《三体》中夸张的切割效果,但仍被寄予厚望。
发展难题:不同于《三体》中飞刃可实现量产,被用于军事行动。现实中,碳纳米管因技术和成本问题,难以大规模生产。
可喜发现:1月22日,吉林大学对外发布,该校科研团队在日前从嫦娥六号带回的月壤当中首次发现天然合成的单壁碳纳米管和石墨碳。
未来若能在月球实现原位资源利用,这些碳材料或可直接用于建造月球基地、制造轻质高强度结构件、能源设备等。
尽管碳纳米管在实验室中展现出惊人潜力,但其大规模制备与长尺寸生产仍面临技术与成本挑战。
科幻照亮前路。从《三体》中天马行空的“飞刃”,到实验室里的碳纳米管,再到如今量产应用的T1000碳纤维,科幻的想象始终牵引着材料的革命。这不仅是强度的飞跃,更是一个国家制造业从追赶到并跑,乃至引领未来的坚实脚步。