总台央视记者 帅俊全:还记得《三体》里能将钢铁巨轮轻松切割的“飞刃”吗?最近,中国科学院山西煤化所磨剑数十年,与有关单位联合打造出国产T1000级高性能碳纤维,正是现实中应用性能最接近“飞刃”的超强材料。
我手里就是已经实现量产的这种“地表超强材料”,每一股有12000根单丝,单丝直径不到头发丝的十分之一;却强到逆天,这样1米长的碳纤维只有0.5克重,抗拉强度超6600兆帕,能拉动约200公斤的重物也不会断,是钢材料的7到8倍。这根“现实版飞刃”是怎么造出来的?又将撑起哪些硬核未来?全释硬科技,我们来一探究竟。
我现在就来到了碳纤维的诞生地的摇篮,可以看到化合物在这里聚合之后,通过干喷湿纺的工艺,就像在这样一个池子里生命的摇篮一样诞生了这样的一个原丝。
可以看到这是一束原丝,看着像我们生活中常见的这种透明胶条,但其实它包含有4000根的原丝,那三束拧成一股,每一股最后就形成了12000根原丝,然后进行到后续的这种工艺当中。
真正的“神力”,除了诞生之初的聚合,就是用化学反应在原子层面编织出精妙的强韧网络。白色的丝束首先被送进氧化炉,逐渐变成黄褐色。接着是最关键的碳化环节,丝束被送进1000~1500℃的高温炉,分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离,最后只留下高纯度的碳原子。
纯碳材料就能成为超强材料吗?其实并非如此。生活中最常见的石墨铅笔芯和T1000碳纤维,本质上都由碳原子构成,但一个一掰就碎,一个成束之后却能拉动汽车,天差地别的根源,就在我们看不见的原子“编织”方式里。
在微观纺织过程中,碳原子首先会连接成一张极其坚固的六边形网——石墨烯片层。这种网本身非常坚固,但如果无数张这样的网只是简单地堆叠在一起,就会像一摞扑克牌,轻轻一推就散开。石墨铅笔芯就是这种微观结构,一掰就断。
而碳纤维的“纺织”工艺,要精妙得多,它就像是用分子胶水,把每一层都不规则地、牢牢黏合在一起,再整体压实。最终形成一个既有纵向纤维、又有横向锁死的超级立体网络。所以,当我们拉扯这根碳纤维时,力量会沿着数以亿计的碳原子网均匀分散。
如今,这种被称为“黑色黄金”的地表超强材料正在走出实验室,成为航空航天、国防军工、新能源、高端装备等国家战略性产业不可或缺的“核心骨架”。这根“现实版飞刃”未来也将撑起更多国之重器的腾飞梦想!
(总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉 张喆)
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