从《流浪地球2》到现实：碳纳米管研究的重大突破

从《流浪地球2》到现实：碳纳米管研究的重大突破

引用

新浪网

等

8

来源

1.

https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2024-11-06/doc-incvaynf0283034.shtml

2.

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

3.

https://www.stdaily.com/web/gjxw/2024-11/30/content_266489.html

4.

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

5.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%81%E6%B5%AA%E5%9C%B0%E7%90%832

6.

https://www.ourchinastory.com/cn/8271/%E6%B5%81%E6%B5%AA%E5%9C%B0%E7%90%832%EF%BD%9C%E7%89%B9%E6%95%88%E7%9B%B4%E8%BF%BD%E5%A5%BD%E8%8E%B1%E5%9D%9E%EF%BC%9F%E5%90%B4%E4%BA%AC%E5%88%98%E5%BE%B7%E5%8D%8E%E2%80%9C%E5%8F%98%E9%9D%92%E6%98%A5%E2%80%9D%E9%9D%A0%E8%BF%99%E4%BA%9B%E6%8A%80%E6%9C%AF

7.

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

8.

https://www.chemeng.tsinghua.edu.cn/info/1040/3989.htm

在科幻电影《流浪地球2》中，一个令人震撼的场景莫过于那座直通太空的巨型电梯。这座超级天地往返运输系统不仅承载着人类探索宇宙的梦想，更将一个前沿科技名词——碳纳米管，带入了大众视野。

太空电梯的概念最早可以追溯到19世纪末，但直到碳纳米管的发现，这一构想才真正具备了实现的可能性。碳纳米管是一种由碳原子构成的管状纳米材料，具有极高的强度和韧性，是目前已知最轻、最强的材料之一。其抗拉强度是钢铁的100倍，密度却只有钢铁的1/6，同时具备优异的导电性和热稳定性。

然而，要将实验室中的碳纳米管制备成数万公里长的连续缆绳，并保持均匀强度，仍是一项巨大挑战。目前，科学家们正在从多个方向突破这一技术瓶颈。

在碳纳米管研究领域，清华大学化工系张如范副教授团队取得了重要进展。他们创新性地提出了“浮游双金属催化剂”（FBCs）技术，成功实现了30厘米长碳纳米管的高产率和高均匀性制备。

研究团队在反应器入口处同时通入二茂铁和乙酰丙酮盐，分别作为铁和第二金属的前驱体。这些前驱体经过升华、分解、聚并的过程，形成FBCs纳米颗粒。碳源在FBCs颗粒上被裂解，生长出漂浮在气相中的碳纳米管。根据基底拦截导向策略的生长原理，反应器中的基底边缘可拦截这些漂浮在气相中的碳纳米管，并对其起气流导向生长作用，从而显著提高了超长碳纳米管以“风筝”模式生长的机率。

通过优化催化剂配方，研究团队发现当Cu含量为11.4%时的FeCu催化剂具有最长的半衰期（12.38 mm），为Fe催化剂的3.40倍，并且具有接近于Fe催化剂的生长速率（2.24 mm min–1）。在最优条件下，制得的30 cm高密度碳纳米管水平阵列密度最高值可达8100根mm–1，且阵列密度在长度方向上的衰减不显著。在长度为30 cm处，碳纳米管密度仍达90根mm–1，显著优于以前的报道。

这一突破不仅大大提升了碳纳米管的制备效率，更为其在太空电梯中的应用奠定了重要基础。此外，碳纳米管在其他领域的应用前景也十分广阔。例如，中国科学院金属研究所的研究团队通过湿法纺丝工艺制备的碳纳米管纤维，其电导率比已有报道提高32%，载流量达8.0×108A m-2，抗拉强度达1.65 GPa，这些性能指标都达到了前所未有的高度。

尽管距离实际建造太空电梯还有很长的路要走，但这些突破性研究无疑为人类探索宇宙开辟了新的可能。碳纳米管不仅在太空电梯领域展现出巨大潜力，在航空航天、电力电子、储能电池等多个领域也都有着广泛的应用前景。

正如《流浪地球2》中所展现的那样，太空电梯不仅是人类探索宇宙的工具，更象征着人类对未知世界的不懈追求。随着科技的不断进步，我们有理由相信，这一科幻构想终将成为现实，而碳纳米管这一神奇材料，必将在这个过程中扮演至关重要的角色。