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  2. 烯灣科技鍛造中國(guó)版“黑色黃金”
    2017-02-21 11:24:09 作者:本網(wǎng)整理 來(lái)源:中國(guó)網(wǎng) 分享至:

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        作為軍民兩用新材料,碳纖維被譽(yù)為21世紀(jì)的“黑色黃金”,被我國(guó)列為國(guó)防航空科技發(fā)展的重點(diǎn)研究對(duì)象。然而,其制備關(guān)鍵技術(shù)被美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期壟斷,我國(guó)長(zhǎng)期處于跟隨的尷尬境地。


        前不久,海歸創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)烯灣科技宣布,其研發(fā)出的碳納米纖維管不僅在性能上超越已有的高性能碳纖維,而且其制備成本將遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)碳纖維。在不久的將來(lái),碳納米纖維管有望大規(guī)模取代碳纖維,助力我國(guó)在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”。


      
      新材料中的重中之重


        相較普通纖維,碳纖維是由有機(jī)固體高分子纖維在1000℃至3000℃的高溫、惰性氣體環(huán)境下,高溫分解、石墨化而成的含碳量90%以上的纖維。其力學(xué)、化學(xué)、電學(xué)等性能優(yōu)異,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)不可缺少的戰(zhàn)略性新興材料。


        碳納米管被稱為終極纖維,是由單層石墨同軸纏繞成管(單壁碳納米管)或由單壁碳納米管沿同軸層層套構(gòu)而成的管狀物(多壁碳納米管)。碳納米管直徑一般在一到幾十納米之間,長(zhǎng)度則遠(yuǎn)大于其直徑,具有許多超常的物理性能(力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué))和化學(xué)性能,是一維碳納米材料。作為人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的力學(xué)性能最好材料,碳納米管有著極高的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂應(yīng)變。


        碳納米管纖維是把千千萬(wàn)萬(wàn)單根納米管扭擰在一起的宏觀纖維,具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能性的特點(diǎn),是新一代特種纖維材料,對(duì)高端科技發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。學(xué)界普遍認(rèn)為,碳納米管纖維作為下一代新型高強(qiáng)度纖維材料,可以應(yīng)用于許多對(duì)材料強(qiáng)度要求較高的領(lǐng)域,特別是航空航天領(lǐng)域。


        碳納米管纖維強(qiáng)化的先進(jìn)納米復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、彈性模量高的特點(diǎn)。同等強(qiáng)度下碳纖維復(fù)合材料的重量?jī)H為鋁合金的七分之一,性能超過目前航空航天上用由碳纖維制造的復(fù)合材料,其不僅在民用領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,對(duì)于武器裝備性能提升同樣貢獻(xiàn)巨大,已被廣泛用于制造航空器機(jī)體及發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈外殼等領(lǐng)域。


        以航空航天用復(fù)合材料為例,隨著飛行器各項(xiàng)功能不斷提高和石油燃料價(jià)格不斷上漲,在航空飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件上,碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的比重越來(lái)越大,對(duì)材料的力學(xué)性能的要求也越來(lái)越高。


        在高端汽車領(lǐng)域中,碳纖維復(fù)合材料的使用亦已形成趨勢(shì)。值得一提的是,碳纖維復(fù)合材料將輕量化與高強(qiáng)度、高安全性相結(jié)合,可以極大地提升駕駛體驗(yàn)。如果將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用擴(kuò)展到普通汽車領(lǐng)域,可以極大地降低能源消耗,減少環(huán)境污染。


        除了航空航天和汽車領(lǐng)域,碳纖維復(fù)合材料還可用于風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、電池及超級(jí)電容器等新能源和民用器械領(lǐng)域。隨著下一代能源領(lǐng)域不斷拓展,民用碳纖維的需求比重將會(huì)越來(lái)越大。


        打破國(guó)外壟斷勢(shì)在必行


        出于種種原因,我國(guó)碳纖維行業(yè)長(zhǎng)期受到技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)以及價(jià)格打壓。目前,國(guó)內(nèi)企業(yè)只能生產(chǎn)低等級(jí)碳纖維,制造規(guī)模也很小,無(wú)法有效保證產(chǎn)品的一致性,成本居高不下。這導(dǎo)致在國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人機(jī)等眾多重大國(guó)防項(xiàng)目上,以及汽車、工業(yè)器械制造等領(lǐng)域中,先進(jìn)復(fù)合材料的使用率和合格率距離國(guó)際先進(jìn)水平仍有不小差距。落后的材料加工技術(shù)嚴(yán)重制約了我國(guó)高端制造的發(fā)展。


        記者了解到,截至目前,能夠達(dá)到美國(guó)聯(lián)邦航空局國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)性能、可以在客機(jī)中大量使用的碳纖維生產(chǎn)技術(shù),基本掌握在美國(guó)、日本的少數(shù)幾家公司手中,而達(dá)到飛機(jī)使用最高標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的T800H、T800S,幾乎被日本東麗公司獨(dú)家壟斷。


        為此,國(guó)務(wù)院2015年公布的《中國(guó)制造2025》十年行動(dòng)綱領(lǐng)中,將碳纖維材料作為國(guó)防航空科技發(fā)展的重點(diǎn)研究對(duì)象,并對(duì)碳纖維材料的研發(fā)生產(chǎn)做出了部署規(guī)劃。


        “新材料中,碳纖維是重中之重,我國(guó)卻一直難有大的突破,特別是不勻率高、毛絲多,力學(xué)性能也上不去,和國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量差距越拉越大,無(wú)法制備航空航天結(jié)構(gòu)材料。”已故的中國(guó)材料科學(xué)之父師昌緒曾公開坦言。


        能否攪動(dòng)百億美元市場(chǎng)


        可喜的是,我國(guó)在碳纖維產(chǎn)業(yè)上的被動(dòng)局面即將改變。海歸創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)烯灣科技在“全球首個(gè)碳納米管纖維量產(chǎn)項(xiàng)目”啟動(dòng)儀式上表示,技術(shù)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出可量產(chǎn)的碳納米管纖維材料,不僅在性能上超越已有的高性能碳纖維,其制備成本也將遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)碳纖維。


        烯灣科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)帶頭人、首席科學(xué)家鄧飛博士畢業(yè)于東京大學(xué),研究方向即為“下一代CFRP的納米復(fù)合材料的研究”。博士畢業(yè)后,鄧飛在美國(guó)特拉華大學(xué)復(fù)合材料中心繼續(xù)從事先進(jìn)納米復(fù)合材料的研究工作。特拉華大學(xué)復(fù)合材料中心作為當(dāng)前碳纖維材料及先進(jìn)復(fù)合材料的權(quán)威研發(fā)機(jī)構(gòu),具有世界頂尖的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和科研技術(shù),這讓鄧飛積累了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備,最終帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)突破。


        根據(jù)公開檢索的情況,目前美國(guó)、日本、澳大利亞和韓國(guó)都有科研團(tuán)隊(duì)在做碳納米纖維管的研究。然而,根據(jù)已經(jīng)通過期刊公布的性能檢測(cè)數(shù)據(jù),在兩個(gè)最關(guān)鍵的指標(biāo)強(qiáng)度和楊氏模量上,烯灣科技的指標(biāo)數(shù)據(jù)都遙遙領(lǐng)先,分別達(dá)到了3.2至5.05σ/Gpa和120至330E/Gpa,性能直逼目前最先進(jìn)的T800H和T800S碳纖維。


        據(jù)業(yè)內(nèi)雜志Reinforced Plastics測(cè)算,2015年,全球碳纖維復(fù)合材料的市場(chǎng)達(dá)290億美元。《2015—2020年中國(guó)碳纖維行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)及投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》指出,預(yù)計(jì)到2020年,國(guó)內(nèi)碳纖維的需求將達(dá)2.6萬(wàn)噸,年均增長(zhǎng)速率約18.8%。2020年,我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到128億美元。


        按照鄧飛的設(shè)想,“凡是需要碳纖維應(yīng)用的領(lǐng)域,碳納米管纖維都能夠以更好的性能、更低的成本完成替代”。


        盡管在外界看起來(lái),這一目標(biāo)頗為激進(jìn),鄧飛卻有著足夠的信心。他的底氣來(lái)自烯灣的核心技術(shù)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)。


        為早日實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維全面替代的目標(biāo),鄧飛組建了一支博士研發(fā)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員均畢業(yè)于國(guó)外知名院校,不僅覆蓋了該項(xiàng)目涉及的學(xué)科和方向,更擁有豐富的量產(chǎn)流程及自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。目前,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得多項(xiàng)專利,樣品和生產(chǎn)設(shè)備試制進(jìn)展順利。


        除核心團(tuán)隊(duì)外,鄧飛的研究還得到了許多行業(yè)泰斗和資深學(xué)者的支持。在烯灣科技首個(gè)量產(chǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)儀式上,鄧飛在東京大學(xué)攻讀博士期間的導(dǎo)師,日本東京大學(xué)副校長(zhǎng)、東京大學(xué)研究生院新領(lǐng)域創(chuàng)成科學(xué)研究科先進(jìn)能源工程研究室教授武田展雄不顧高齡,專程從東京飛抵深圳,見證量產(chǎn)項(xiàng)目啟動(dòng)。


        目前,烯灣科技已經(jīng)獲得來(lái)自松禾資本超千萬(wàn)元人民幣的風(fēng)險(xiǎn)投資,并在中國(guó)深圳、美國(guó)特拉華、日本以及中國(guó)香港同步運(yùn)營(yíng)。

     

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