清华大学研发超强碳纳米管纤维，太空电梯或从科幻走向现实

清华大学研发超强碳纳米管纤维，太空电梯或从科幻走向现实

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https://www.sohu.com/a/785729838_121119270

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https://new.qq.com/rain/a/20240605A09MCY00

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https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/113579.htm

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https://www.cnblogs.com/apachecn/p/18467294

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https://www.jcno.net/news/info/id/12377

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https://www.chemeng.tsinghua.edu.cn/info/1040/3894.htm

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https://www.hanano.co/sys-nd/142.html

近日，清华大学化工系魏飞教授团队在碳纳米管研究领域再次取得重大突破。该团队成功研制出一种新型碳纳米管纤维材料，其抗拉强度高达80千兆帕斯卡（GPa），远超现有任何工程材料，这一突破或将为人类建造太空电梯提供关键技术支持。

碳纳米管是一种由单层碳原子构成的纳米级管状材料，具有极高的强度和韧性。然而，长期以来，如何将单根碳纳米管的优异性能扩展到宏观尺度的纤维材料上，一直是科研领域的重大挑战。

清华大学魏飞教授团队通过创新的制备工艺，成功解决了这一难题。他们采用"气流聚焦法"和"同步张弛法"，制备出了拉伸强度超过80 GPa的碳纳米管管束，这一数值接近单根碳纳米管的理论强度极限。作为对比，目前广泛使用的高强度钢的抗拉强度仅为2 GPa左右，而市面上最好的芳纶纤维（如Kevlar）的强度也仅在3.5 GPa左右。

这一突破性成果一经发表，便在国际学术界引起轰动。《自然·纳米技术》期刊的审稿人评价道："论文作者取得了一个具有里程碑意义的突破性进展，在世界上首次报道了接近单根碳纳米管强度的碳纳米管管束。这项工作具有极其深远的影响力，它无疑会引起世界范围内的广泛关注。"

太空电梯的概念最早由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基于1895年提出，但长期以来一直停留在科幻领域，主要受限于材料技术的发展。建造太空电梯需要一种既轻质又具备极高强度的材料，以承受从地面延伸至地球同步轨道（约3.6万公里高空）的巨大拉力。

碳纳米管由于其独特的结构和优异的力学性能，一直被视为实现太空电梯的关键材料。然而，此前制备的碳纳米管纤维在强度上始终无法达到理论要求。清华大学此次研发的超强碳纳米管纤维，其80 GPa的抗拉强度已经非常接近构建太空电梯所需的理想值。

除了在太空电梯领域的潜在应用，这种新型碳纳米管纤维还有望在多个高科技领域大显身手。例如，它可用于制造更轻、更强的航空航天材料，进一步提升飞机和火箭的性能；在军事领域，可用于开发更有效的防弹衣和装甲材料；在体育用品领域，可用来制造性能更优的运动器材。

这一突破性成果的背后，是清华大学化工系魏飞教授带领的科研团队多年来的不懈努力。团队成员白云祥博士表示，为了实现这一突破，他们克服了多个技术难题，包括如何在保持碳纳米管完美结构的同时实现宏量制备，如何避免在纤维制备过程中引入缺陷等。

魏飞教授在接受采访时表示："我们的目标是做出对全中国现在或者未来有影响的事，不管它有多难。"这种追求卓越、勇于挑战的精神，正是清华大学科研团队能够不断取得突破的重要原因。

尽管清华大学研发的超强碳纳米管纤维已经取得了重大突破，但要将其应用于实际的太空电梯建设，仍需解决许多技术和工程问题。例如，如何实现千米级甚至万米级的连续制备，如何确保材料在极端空间环境下的长期稳定性等。

然而，这一突破无疑为人类探索太空开辟了新的可能。正如《流浪地球2》中展现的那样，太空电梯的实现将极大降低太空探索的成本，为人类开拓宇宙提供全新的途径。清华大学的这一科研成果，让我们离这个科幻梦想又近了一大步。