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中國新材料獲突破強度是鋼60倍或助大飛機彎道超車

2018-06-28 12:14:04 作者：本網整理來源：新浪軍事分享至：

據《科技日報》報道，清華大學兩個團隊合作，在超級強度材料上獲得重大突破：在世界上首次制備了接近單根碳納米管理論強度的1厘米超長碳納米管管束，其拉伸強度超越已知所有其他纖維材料，拉伸強度提高到80GPa以上。

碳納米管被認為是目前發(fā)現的最強的幾種材料之一，被認為是制作太空電梯的理想材料。然而這種高強度材料，只在微觀的尺度，例如納米級別才顯示出超強度的特性，然而在可見的宏觀尺度，這種碳納米材料就會性能迅速下降，因為舊有的制備技術形成的碳納米管有缺陷，很容易在拉力作用下易從缺陷處斷裂并極易相互滑移。

但是清華大學兩個兩個團隊合作采用氣流聚焦法，制備出了具有確定組成、結構完美且平行排列的厘米級連續(xù)超長碳納米管管束，然后另辟蹊徑，將管束的拉伸強度提高到80GPa以上，接近單根碳納米管的拉伸強度，并證明隨碳納米管根數增加，強度可以保持。

80GPa是拉伸強度的單位，可能單純的數字并不能顯示其威力。那么我們可以列舉一些當前的材料來進行對比。例如目前市場上強度最好的碳纖維日本東麗公司的T1000，其拉伸強度是多少呢？只有7.02GPa，該公司研制的實驗室中的最先進碳纖維也只有9GPa。一些超級汽車鋼、超高強度鋼板的拉伸強度也就是1.5-2GPa。我國的超長碳納米管強度是目前材料的10-60倍。

復合材料應用于大飛機、大火箭領域已經是當前的潮流，其原因就在于碳纖維等復合材料重量很輕但強度卻非常大，這就意味這這些航空航天裝備在降低空重的同時，還具有更好的力學性能。這對于航空航天武器提高有效載荷具有決定性意義。而超長碳納米管管束是現有最先進復合材料的10倍，就意味著性能會有顛覆性提升。中國研制的C-919大飛機、長征九號重型運載火箭性能就可能實現彎道超車。

此外，這些這些結構完美的碳納米管還展示出了驚人的拉伸-復原的可逆性以及疲勞壽命，因此在機械能存儲上具有極大的優(yōu)勢，其能量密度密還是功率密度，碳納米管都遠遠超過了其他儲能材料或設備。碳納米管儲存機械能的能量密度是飛輪儲能密度的3倍，是鋰離子電池儲能密度的5-8倍，超過一般金屬彈簧儲能密度的25000倍。可以應用在電磁彈射、電磁炮、激光炮等能量武器上。

除了超高強度和超高儲能，碳納米管還具有獨特的電學性質。碳納米管電子器件具有尺寸小度快、功耗低等優(yōu)勢。在制造晶體管、存儲器、邏輯電路、傳感器等器件方而展示出了巨大的優(yōu)勢。事實上在2017年IBM就公開了碳納米管生產技術，可令運算速度提升一千倍。北京大學電子系教授彭練矛帶領團隊成功使用新材料碳納米管制造出芯片的核心元器件——晶體管，其工作速度3倍于英特爾最先進的14納米商用硅材料晶體管。可以說中國兩所大學研究人員對碳納米管的研究，也為中國芯片發(fā)展指出了另一個方向。