國(guó)產(chǎn)地表超強(qiáng)材料實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) 撐起國(guó)之重器夢(mèng)想
還記得小說(shuō)《三體》里能將鋼鐵巨輪輕松切割的“飛刃”嗎？最近，中國(guó)科學(xué)院山西煤化所與有關(guān)單位聯(lián)合打造出國(guó)產(chǎn)T1000級(jí)高性能碳纖維，這是現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用性能最接近“飛刃”的超強(qiáng)材料。
這種“地表超強(qiáng)材料”目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。每一股有12000根單絲，單絲直徑不到頭發(fā)絲的十分之一，但抗拉強(qiáng)度極高。1米長(zhǎng)的碳纖維只有0.5克重，抗拉強(qiáng)度超6600兆帕，能拉動(dòng)約200公斤的重物也不會(huì)斷，是鋼材料的7到8倍。
在碳纖維誕生的地方，化合物聚合后通過(guò)干噴濕紡工藝形成一束原絲。這束原絲看起來(lái)像生活中常見(jiàn)的透明膠條，但實(shí)際上包含4000根原絲。兩到三束擰成一股，最終形成12000根原絲。
真正的“神力”不僅在于聚合過(guò)程，還在于用化學(xué)反應(yīng)在原子層面編織出精妙的強(qiáng)韌網(wǎng)絡(luò)。白色的絲束被送進(jìn)氧化爐，逐漸變成黃褐色。隨后，絲束進(jìn)入1000至1500℃的高溫爐，分子里的氫、氧等雜質(zhì)被徹底剝離，最后只留下高純度的碳原子。
生活中最常見(jiàn)的石墨鉛筆芯和T1000碳纖維本質(zhì)上都由碳原子構(gòu)成，但石墨鉛筆芯一掰就碎，而T1000碳纖維成束之后卻能拉動(dòng)汽車(chē)。這種天差地別的根源在于碳原子的“編織”方式。在微觀(guān)紡織過(guò)程中，碳原子會(huì)連接成一張極其堅(jiān)固的六邊形網(wǎng)——石墨烯片層。如果無(wú)數(shù)張這樣的網(wǎng)只是簡(jiǎn)單堆疊在一起，就會(huì)像一摞撲克牌，輕輕一推就散開(kāi)。而碳纖維的“紡織”工藝更為精妙，它像是用分子膠水把每一層都不規(guī)則地牢牢黏合在一起，再整體壓實(shí)，形成一個(gè)既有縱向纖維又有橫向鎖死的超級(jí)立體網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)我們拉扯這根碳纖維時(shí)，力量會(huì)沿著數(shù)以?xún)|計(jì)的碳原子網(wǎng)均勻分散。
如今，這種被稱(chēng)為“黑色黃金”的“地表超強(qiáng)材料”正在走出實(shí)驗(yàn)室，成為航空航天、國(guó)防軍工、新能源、高端裝備等國(guó)家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)不可或缺的“核心骨架”。這根現(xiàn)實(shí)版“飛刃”未來(lái)也將撐起更多國(guó)之重器的騰飛夢(mèng)想。
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