清华大学超级纤维助力太空电梯梦想成真

清华大学超级纤维助力太空电梯梦想成真

引用

中国科学院

等

12

来源

1.

http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240724_7235029.html

2.

https://www.sohu.com/a/759335215_525632

3.

https://new.qq.com/rain/a/20240606A037YL00

4.

https://www.sohu.com/a/784697034_570536

5.

https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/116620.htm

6.

https://zh.cn.nikkei.com/columnviewpoint/column/56247-2024-08-16-05-00-23.html

7.

http://www.zgjx.cn/2024-10/31/c_1310786891_2.htm

8.

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

9.

https://www.research.pku.edu.cn/bdkyjz/1378245.htm

10.

http://www.cailiaoniu.com/260990.html

11.

http://m.top168.com/news/show-68592.html

12.

http://www.news.cn/politics/20240509/d8e1e2e77dac447b9c11a3f37b74751a/c.html

近日，清华大学化工系张如范副教授课题组在碳纳米管纤维研究领域取得重要突破。该团队开发出一种新型液流电致变色节能智能窗，通过调控电解液状态和电致变色材料的氧化还原反应，实现了对可见光、近红外光和中红外光波段的动态调控。这一创新成果不仅在建筑节能领域展现出广阔应用前景，更为实现科幻电影《流浪地球2》中描绘的太空电梯提供了新的可能性。

碳纳米管纤维作为太空电梯的关键材料，其强度和韧性直接关系到整个项目的可行性。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的研究团队在这一领域取得了显著进展。通过优化湿法纺丝工艺，他们成功制备出高取向度（取向因子达到0.994）、高致密度（1.96 g/cm³）的双壁碳纳米管纤维。这种新材料的电导率达1.1×10⁷ S/m，载流量达8.0×10⁸ A/m²，抗拉强度达1.65 GPa，断裂韧性达130.9 MJ/m³，比电导率和比电流容量分别达到铜导线的86%和3倍。

尽管碳纳米管纤维的性能已经取得重大突破，但太空电梯的建设仍面临诸多技术挑战。日本大林組作为全球领先的建筑企业，早在2012年就提出了太空电梯计划，并将2025年设定为开工目标。然而，根据大林組技术本部未来技术创作部的最新报告，该项目仍面临巨大挑战，主要集中在以下几个方面：

1. 材料长度问题：太空电梯需要一根长达9.6万公里的连续碳纳米管纤维。目前，即使是最先进的制备技术也只能生产出不到1厘米的碳纳米管，与实际需求相差甚远。

2. 动力系统设计：太空电梯的轿厢需要在数万公里的轨道上运行，对动力系统的要求极高。现有的太阳能或无线能量传输技术尚未达到实用化水平。

3. 太空环境威胁：太空中的微流星体和空间碎片可能对缆绳造成致命损伤，同时太空辐射也会导致材料性能退化。如何有效防护这些威胁是亟待解决的问题。

4. 经济与法律问题：太空电梯的建设成本预计高达数百亿美元，需要国际合作共同分担。此外，涉及多国利益的太空法监管框架也需建立完善。

尽管面临重重挑战，但太空电梯的梦想并未熄灭。中国航天科技集团在空间站建设和运营方面积累了丰富经验，为未来太空基础设施建设奠定了坚实基础。随着新材料技术的不断进步，特别是碳纳米管纤维制备工艺的持续优化，人类距离实现太空电梯的梦想正在逐步靠近。

未来，太空电梯的实现将依赖于多个领域的协同创新：

• 材料科学：需要突破碳纳米管纤维的长度限制，实现超长距离连续制备。
• 能源技术：开发高效、可靠的太空动力系统，确保轿厢在极端环境下的稳定运行。
• 国际协作：建立多国参与的国际合作框架，共同分担项目风险和成本。

太空电梯作为人类探索宇宙的新方式，一旦建成将彻底改变太空运输格局。它不仅能大幅降低太空运输成本，还能为科学研究、资源开发和太空旅游开辟新途径。虽然实现这一梦想仍需时日，但清华大学等科研机构在新材料领域的突破，无疑为这一宏伟构想注入了新的希望。