中国航天新突破：碳纳米管技术助力长征十二号成功首飞

中国航天新突破：碳纳米管技术助力长征十二号成功首飞

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中国科学院

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来源

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

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http://www.hnjydt.com/article/detail-6101344.html

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https://www.aibang.com/a/19888

2024年11月30日，长征十二号运载火箭在海南文昌商业航天发射场成功首飞，标志着我国在商业航天领域迈出了重要一步。这型由上海航天八院研制的火箭，不仅是我国首型3.8米直径、迄今低轨运力最强的单芯级运载火箭，更因其创新性地采用了新型碳纳米管/铝基复合材料而备受关注。

这种新型复合材料的研发源自上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室。研究团队从自然界中寻找灵感，借鉴了贝壳的微结构特征，提出了“微纳砖砌构型化复合”的学术思想。通过“基元组装、以小制大”的片状粉末冶金仿生制备技术，成功解决了碳纳米管与铝合金在跨维度-尺度匹配和界面相容性等方面的难题。

碳纳米管作为一种具有独特结构的纳米材料，兼具轻质、高强度、高模量和良好韧性等优异特性，是新一代铝材性能升级的理想“强化剂”。然而，如何将这种纳米级的材料与宏观尺度的金属基体有效结合，一直是制约其应用的关键技术瓶颈。

上海交大张荻院士团队李志强研究员课题组经过近十年的持续攻关，不仅突破了宏量化粉末复合和大规格锭坯制备等关键技术，还攻克了热处理、钣金、铆接、阳极氧化、搅拌摩擦焊接等一系列工程化应用技术。最终，这种新型碳纳米管/铝基复合材料实现了从实验室到工程应用的跨越，在全世界范围内率先实现了航天应用。

这一突破性成果的背后，是中国科研团队的不懈努力和自主创新。从基础研究到工程应用，从材料制备到工艺优化，每一步都凝聚着科研人员的智慧和汗水。作为自主研发、自主可控的新材料，碳纳米管/铝基复合材料将为我国空天等高端装备的跨代发展提供有力保障。

碳纳米管技术在航天领域的应用远不止于此。中国科学院金属研究所的研究团队在碳纳米管纤维领域也取得了重要进展。通过湿法纺丝工艺的创新，他们制备出的双壁碳纳米管纤维具有极高的取向度（取向因子达到0.994）和致密度（1.96 g cm-3），其电导率达1.1×107S m-1，载流量达8.0×108A m-2，抗拉强度达1.65 GPa。这些性能指标不仅远超传统材料，甚至在某些方面超越了铜导线。

这种高性能碳纳米管纤维不仅在航空航天领域具有广阔的应用前景，还将在电力电子、新能源等多个领域发挥重要作用。随着制备工艺的不断优化和规模化生产的实现，碳纳米管材料的成本将进一步降低，应用范围也将持续扩大。

从基础研究到工程应用，从实验室到发射场，中国航天人在碳纳米管技术领域取得的突破，不仅展现了我国在新材料领域的创新能力，更为未来航天器的轻量化、高性能化提供了新的可能。随着技术的不断进步，我们有理由相信，碳纳米管这种神奇的材料将在更多领域大显身手，为人类探索太空开辟新的道路。