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)院山西煤化所磨劍數(shù)十年，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。
這根現(xiàn)實(shí)版“飛刃”是如何造出來(lái)的？又將撐起哪些硬核未來(lái)？
01
T1000級(jí)高性能碳纖維
是如何造出來(lái)的？
這種“地表超強(qiáng)材料”，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，它每一股有12000根單絲，單絲直徑不到頭發(fā)絲的十分之一，卻抗拉強(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。
記者來(lái)到碳纖維誕生地的搖籃，看到化合物在這里聚合之后，通過(guò)干噴濕紡的工藝，形成一束原絲。這束原絲看著像生活中常見(jiàn)的透明膠條，但其實(shí)它包含有4000根的原絲，兩到三束擰成一股，每一股最后就形成了12000根原絲。
真正的“神力”，除了誕生之初的聚合，還有用化學(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。
絲束被送進(jìn)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。
02
純碳材料就能成為超強(qiáng)材料嗎？
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，T1000碳纖維成束之后卻能拉動(dòng)汽車(chē)，天差地別的根源，就在我們看不見(jiàn)的原子“編織”方式里。
在微觀(guān)紡織過(guò)程中，碳原子首先會(huì)連接成一張極其堅(jiān)固的六邊形網(wǎng)——石墨烯片層。這種網(wǎng)本身非常堅(jiān)固，但如果無(wú)數(shù)張這樣的網(wǎng)只是簡(jiǎn)單地堆疊在一起，就會(huì)像一摞撲克牌，輕輕一推就散開(kāi)。石墨鉛筆芯就是這種微觀(guān)結(jié)構(gòu)，一掰就斷。
而碳纖維的“紡織”工藝，要精妙得多，它就像是用分子膠水，把每一層都不規(guī)則地、牢牢黏合在一起，再整體壓實(shí)。最終形成一個(gè)既有縱向纖維、又有橫向鎖死的超級(jí)立體網(wǎng)絡(luò)。
所以，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！