港媒:领先突破,中国科学家开发超导碳纳米管,或取代现有碳纤维

天机调茶局 2024-08-03 20:27:16

近日,据香港知名国际媒体《南华早报》消息称,中国科学家研发出具有接近铜电导性的超强碳纳米管纤维,可能未来用于航天等高科技领域。

观察人士指出,在最近的一项研究中,中国科学家宣布他们成功制造了一种具有超高电导性的碳纳米管纤维,其电导性接近铜的 86%,这在同类材料中创下了记录。中国在这一领域已经取得了显著的领先优势,特别是在生产工艺和应用开发方面展现了强大的创新能力。

超导碳纳米管:将改变未来的中国黑科技

碳纳米管是一种由碳原子组成的圆柱形分子,其直径仅有1纳米,相比之下,一根人类头发的直径约为10万纳米。碳纳米管不仅轻质,而且其强度是同等大小钢材的100倍。

这些特性使得碳纳米管成为未来高性能材料的理想选择。

然而,将数以万计的碳纳米管粘合在一起,形成可见且可用的纤维一直是一个巨大的挑战。研究人员花费了超过二十年的时间才解决这一问题。

来自中国科学院辽宁省沈阳国家材料科学实验室的科学家团队,通过改进“干喷湿纺”这种常见的纤维成型方法,成功保留了碳纳米管的最大性能。

该团队由刘畅和侯鹏翔两位研究员领导,他们的研究成果已经发表在《先进功能材料》期刊上。

这些纤维具有创纪录的高电导率,达到铜电导率的86%。此外,这些纤维还表现出其他理想特性,如1.65 GPa的抗拉强度,在相同方法制成的纤维中属于最高水平。

研究人员的测试表明,这些纤维在超过5000次弯曲循环后仍能保持其完整性和电导率。

武汉大学工程力学系副教授高恩来指出,碳纤维是高性能材料的基准,广泛应用于高科技领域,如航空航天。例如,许多空客和波音飞机的模块都是由碳纤维增强复合材料制成的。高恩来认为,碳纳米管将远远优于目前使用的碳纤维,解锁许多广泛应用的潜力,如能源存储和太空电梯。

自1991年发现以来,碳纳米管一直被誉为21世纪最具创新性的材料之一。过去二十多年来,研究人员一直致力于优化其制造工艺。中国在这一领域无论在学术研究还是工艺优化方面都处于领先地位。

沈阳团队设计并建造了一种新设备,能够将碳纳米管排列在特定位置,使其更为紧凑。高恩来指出,如果单个碳纳米管未正确排列并组装,整个纤维的性能会受到影响。

今年六月,高恩来和他的合作者,包括北京大学的专家张进,在《科学》期刊上发表了一篇论文,介绍了他们如何制造出动态强度高达14 GPa的碳纳米管纤维,这比任何已知的纤维材料都要强。

然而,高恩来指出,将这些实验室的突破转化为经济可行且具有竞争力的商业产品,仍然是一个全球性的难题。他的团队正在努力扩大其超强纤维的生产规模。

去年11月,来自美国、欧洲和亚洲多所大学的国际研究团队获得了超过400万美元的资助,以推进碳纳米管合成的理解,并探索其在更可持续的工业材料生产中的潜力。

德克萨斯州莱斯大学教授、国际研究团队成员马特奥·帕斯夸里表示,“我们已经知道如何制造具有正确属性的这些材料;现在我们需要理解如何高效且可持续地制造它们,这需要对底层工艺的全新理解。”

碳纳米管的突破不仅意味着材料科学的进步,也为中国在全球科技竞争中赢得了新的优势。随着技术的不断完善和生产规模的扩大,碳纳米管有望在未来几年内成为主流材料,应用于航空航天、能源存储、建筑等众多领域。

这些进展不仅展示了中国科学家的创新能力,也预示着未来中国在全球高科技产业中的重要地位。碳纳米管这一黑科技,必将推动更多领域的发展,助力中国在科技前沿继续领跑世界。

碳纳米管的广泛应用与未来前景

碳纳米管的出现将彻底改变航空航天领域。现有的航空材料,如铝合金和传统碳纤维,在强度和重量比上已经相对成熟,但碳纳米管材料的出现,将使飞机和航天器的重量进一步减轻,强度大幅提高。

减轻重量意味着燃料效率的显著提高和载重能力的增加,从而降低运营成本,增加商业竞争力。

碳纳米管材料的高电导率还可以改进机载电子设备的性能,提升传输效率,减少能量损耗。未来的飞机和航天器可能不仅更轻更强,还将具备更高的能源利用效率,为长时间太空任务提供更可靠的技术保障。

碳纳米管在能源存储领域同样具有巨大的潜力。高电导率和高强度使其成为制造高效电池和超级电容器的理想材料。这些新型能源存储设备不仅可以大幅提升储能能力,还能实现快速充放电,大大延长使用寿命。

特别是在新能源汽车领域,碳纳米管材料的应用可以有效解决当前电池续航能力不足、充电速度慢的问题,推动新能源汽车的普及。未来,我们或许能看到搭载碳纳米管电池的汽车充电仅需几分钟,却能行驶数百公里。

碳纳米管的超高强度和轻质特性也将在建筑与基础设施领域带来革命性变化。使用碳纳米管材料可以建造更高、更强的建筑物,同时减少材料的使用量,降低建筑成本。碳纳米管材料还具有优异的抗腐蚀性能,使建筑物的耐用性和安全性大大提高。

此外,碳纳米管材料在桥梁、隧道等基础设施建设中也具有广泛应用前景。它们可以使这些关键结构更加坚固,延长使用寿命,减少维护成本,提升整体安全性和可靠性。

碳纳米管的应用不仅限于性能提升,还具有重要的环保意义。传统材料的生产和使用过程中会产生大量的废弃物和污染,而碳纳米管材料的制造和应用相对环保。通过优化生产工艺,可以实现低能耗、低排放的绿色制造过程。

此外,碳纳米管材料的高效能和长寿命特性,减少了资源的消耗和浪费,推动了可持续发展的进程。未来,随着技术的不断进步和应用的广泛推广,碳纳米管将成为绿色环保材料的重要组成部分,为保护地球环境做出贡献。

碳纳米管技术的突破,展示了中国在材料科学领域的领先地位。随着技术的不断发展和生产能力的提升,中国在全球高科技产业中的地位将更加稳固。

中国科学家在碳纳米管研究中的不断创新,不仅推动了国内相关产业的发展,还吸引了全球科技界的关注。未来,随着国际合作的深入,中国将继续在这一领域发挥重要作用,成为全球科技创新的重要引擎。

稍作小结

碳纳米管的突破性进展,预示着材料科学和工程技术的新时代即将到来。

从航空航天到能源存储,从建筑基础设施到环保技术,碳纳米管将广泛应用于各个领域,改变我们的生活方式。

中国科学家的创新和努力,为这一领域的发展奠定了坚实基础,也为全球科技进步贡献了力量。

未来,随着碳纳米管技术的进一步成熟和普及,我们将见证更多令人瞩目的创新成果。

这一黑科技,不仅代表了中国的科技实力,也展现了未来科技发展的无限可能。

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简介: 南航博士/不一样的国际视角/基于事实的叙事