小說《三(san)體》中，主人(rén)公汪淼研(yan)發的武器(qì)——飛刃，既可(kě)以吊起一(yī)輛大卡車(chē)，又可以将(jiāng)一艘巨輪(lún)切成“撲克(kè)牌”。據小說(shuo)描🔴述，飛刃(rèn)是一種超(chāo)高強度的(de)納米材料(liao)，直🐕徑隻有(yǒu)頭發絲的(de)百分之一(yī)。

雖然“吊卡(ka)車、切巨輪(lún)”的場景隻(zhi)有小說裡(li)有，但現實(shí)中，科學家(jia)🈲也研制出(chu)了類似的(de)材料——碳納(na)米管。碳納(nà)米管是一(yī)種具有特(te)殊結構的(de)一維量子(zǐ)材料，主要(yào)由呈六邊(biān)形排列的(de)碳原子共(gòng)價鍵構🌈成(cheng)同軸圓管(guǎn)。

這種材料(liao)先從石墨(mo)電弧法制(zhi)備C60的産物(wù)中發現，1991 年(nián)，日本電🔞子(zi)公司（NEC）的電(diàn)鏡專家飯(fan)島澄男在(zai)石墨陰極(jí)上的碳沉(chén)積物中發(fā)現了納米(mǐ)尺度的多(duo)層管狀物(wù)，并将碳納(nà)米管投射(shè)照🌈片發表(biao)在Nature雜志上(shàng)。此後，在不(bu)到三十年(nian)時間裡，碳(tan)納米管的(de)宏觀拉伸(shen)強度就達(dá)到了目前(qián)好碳纖維(wei)的十倍，韌(ren)性達到了(le)蜘蛛絲的(de)40倍，碳納米(mǐ)管受到了(le)科學界的(de)廣泛關注(zhù)。

2013年，清華大(dà)學教授魏(wèi)飛團隊成(chéng)功研制出(chu)單根長達(da)半米的碳(tan)納米管，并(bing)且創造了(le)新的世界(jie)紀錄。

在魏(wèi)飛的願景(jǐng)中，碳納米(mi)管的未來(lái)就如同《科(ke)學美國人(ren)》雜♻️志中提(ti)到的場景(jing)：利用碳納(nà)米管制作(zuo)一根㊙️太空(kong)天梯，可以(yǐ)使人類沿(yan)着天梯直(zhi)接從地球(qiu)通往👈太空(kong)。人類可以(yǐ)通過它向(xiàng)空間站運(yùn)輸物資，甚(shèn)至能随時(shí)到太🥰空旅(lǚ)遊。

“國際學(xue)術會議20年(nian)前就讨論(lun)碳納米管(guǎn)是、超韌的(de)下一代材(cái)料💯。”魏飛在(zai)接受《大國(guo)之材》采訪(fang)時表示，正(zheng)因如此，魏(wèi)飛及其課(ke)題組在2000年(nián)左右開始(shǐ)了碳納米(mi)管的研究(jiu)工作。

接下(xià)來，魏飛希(xi)望将碳納(na)米管應用(yong)在下一代(dài)計算機芯(xin)✏️片中，創🈲造(zao)出更多的(de)奇迹。

01

“畢生(shēng)奉獻”為國(guo)家

“學識淵(yuān)博術業精(jīng)，立足展望(wang)皆頂峰。隻(zhi)因胸中抱(bào)負在，畢生(sheng)奉獻為化(huà)工。”這是清(qīng)華2009級直博(bo)生張如範(fan)寫給導師(shī)魏飛的詩(shī)句，也是對(dui)他在♍清華(huá)大學近30年(nián)教學科研(yan)工作的好(hao)總結。

“我們(men)高校就應(ying)該尋找新(xin)的方向，為(wei)國家的未(wei)來發展起(qǐ)作♍用。”問及(ji)當初為何(he)會選碳納(na)米管作為(wei)研究方向(xiàng)，魏飛👉表☔示(shi)，在他看來(lai)解決國家(jia)和社會問(wèn)題是工科(ke)人的基本(ben)想法。

事實(shi)上，将其學(xué)生的詩句(ju)改為“畢生(shēng)奉獻為國(guó)家”同樣合(hé)适。從事基(jī)礎研究以(yi)來，魏飛及(ji)其團隊就(jiu)在時刻诠(quán)釋着“畢生(sheng)奉獻為國(guó)家”這句話(hua)。

2000年前後，魏(wèi)飛結識了(le)碳納米管(guǎn)的發現者(zhě)飯島澄男(nán)，曆經多次(cì)思想碰撞(zhuang)後，魏飛确(què)定了碳納(nà)米管的研(yán)究方向，并(bìng)偏向以實(shí)際應用為(wéi)主。“我們當(dāng)時覺得這(zhe)個東西要(yao)是不能實(shi)際應用，你(nǐ)做它幹♍什(shí)麼？”

批量生(shēng)産是碳納(nà)米管從實(shi)驗室走向(xiàng)實際應用(yòng)的重要一(yi)步。“在成功(gōng)将碳納米(mǐ)管批量化(hua)生産後，我(wǒ)們🌈才發現(xian)找到的這(zhe)個應用點(dian)是錯的，後(hòu)來又調整(zhěng)，想别的辦(ban)法。”

在多次(ci)調整、讨論(lun)、試驗後，魏(wei)飛及團隊(duì)确定了和(he)一些電池(chí)企業的合(hé)作，嘗試将(jiang)碳納米管(guan)作為儲能(neng)材料導電(diàn)添加劑加(jiā)入到锂電(dian)池的正級(jí)中。根據測(cè)試結果，添(tian)加了碳納(nà)米管的锂(li)電池循環(huán)次數增加(jiā)30%-50%，能量📧密度(du)提高8%。

這一(yi)技術成果(guo)正好趕上(shang)了智能手(shou)機和電動(dong)汽車蓬勃(bo)發展的時(shi)代，應用端(duān)的變化對(duì)锂電池的(de)性能🥰提出(chu)了更高要(yao)🌏求。“我覺得(dé)這個事是(shì)占據了天(tiān)時地🌍利人(ren)和，不是一(yi)個純技♈術(shù)的成功，我(wǒ)們承認我(wǒ)們有技術(shù)上的優勢(shi)，但是這個(gè)優勢能夠(gòu)得到發揮(hui)的原🈚因其(qi)實是跟國(guo)家産業鍊(lian)☂️發展相關(guan)。”魏☎️飛誠懇(ken)表示道。

順(shùn)勢而為，魏(wèi)飛團隊與(yu)合作單位(wèi)一起成功(gong)創建了世(shi)界大的千(qian)噸級碳納(na)米管生産(chǎn)企業，實現(xian)了萬噸級(ji)锂電池導(dao)電漿料的(de)産業化，廣(guang)泛應用于(yú)智能手💰機(jī)與電動車(che)中。

02

打造科(kē)技成果産(chan)業化樣本(běn)

其後，魏飛(fei)團隊又制(zhì)備出世界(jie)上長的單(dān)根碳納米(mi)管和拉🚶伸(shēn)強度達到(dao)到80GPa以上的(de)超長碳納(na)米管管束(shù)。

在國家重(zhong)點研發計(ji)劃“納米科(ke)技”重點專(zhuan)項的支持(chí)下，2018年，魏飛(fēi)團㊙️隊與同(tong)為清華教(jiāo)授的李喜(xi)德團隊合(he)作研究，在(zai)碳納米管(guan)纖維領域(yu)取得突破(pò)，在世界上(shang)首次報⁉️道(dào)了接🍓近單(dān)根碳納米(mǐ)管理論強(qiáng)度的超長(zhǎng)碳納米管(guǎn)管束的制(zhi)備。

2007年前後(hou)，魏飛及團(tuán)隊與杜邦(bang)、GE合作，成功(gong)進行了百(bǎi)公斤級的(de)工👉業試驗(yan)樣品測試(shi)。也正因如(rú)此，他們吸(xī)引了海外(wai)風投的注(zhu)意力。

“當時(shi)美國研究(jiū)碳納米管(guǎn)的團隊、企(qi)業很多，市(shi)場的熱鬧(nao)程度不亞(ya)于前幾年(nián)中國的石(shi)墨烯市場(chǎng)，但那家風(feng)投能從幾(ji)百家團隊(dui)中找到我(wǒ)，說明我們(men)還是靠譜(pǔ)的。”魏飛笑(xiào)着說。

将視(shì)線拉回國(guo)内，與魏飛(fei)團隊一直(zhí)進行“産學(xué)研用”合作(zuò)的天🈲奈科(ke)技可以說(shuō)是一個科(kē)技成果産(chan)業化的成(chéng)功樣本。

“由(you)學校原創(chuang)、研發，結合(he)國内市場(chang)本土優勢(shi)，用企業的(de)經🏃‍♂️營方式(shi)把原創概(gai)念做成穩(wěn)定量産的(de)産品，然✔️後(hòu)通㊙️過這個(ge)産品改變(bian)中國在锂(lǐ)電池、動力(li)電池的地(di)位，我認為(wéi)這是一個(gè)很有借鑒(jiàn)和代表性(xing)的案例。”魏(wèi)飛對其團(tuán)隊與天奈(nài)科技就碳(tan)納米管導(dao)電漿料的(de)合作總結(jie)🚩道。

魏飛表(biǎo)示，在高端(duān)材料領域(yu)中國以前(qián)隻能是做(zuò)一個産業(yè)股東🈲，先當(dāng)小弟弟，但(dan)天奈科技(jì)的成功改(gǎi)變了他對(duì)“高端材✌️料(liào)一定要依(yī)賴國外大(da)公司或投(tóu)資才能生(shēng)存”的看🌍法(fa)。

從這個案(àn)例中，魏飛(fei)得出一個(gè)結論：國内(nèi)某些新興(xìng)産業發展(zhan)的時候，研(yán)發者要能(néng)夠結合💜行(háng)業的痛♊點(dian)，要注意本(běn)土的優勢(shi)，這是很重(zhòng)要的“天時(shi)❓地利人和(he)”。

03

産業前瞻(zhan)性技術亟(jí)待突破

魏(wei)飛及團隊(dui)在超長碳(tan)納米管的(de)研究工作(zuò)展示出了(le)制造🏃‍♀️纖維(wéi)的光明前(qián)景，為發展(zhan)新型纖維(wéi)指明了方(fang)向🛀。這有助(zhu)于🚶改進目(mu)前具有一(yi)定生産規(guī)模的材料(liào)，同時也為(wei)材🔞料的大(dà)量制備奠(diàn)定基礎，未(wèi)來有望在(zài)大飛機、大(da)型運載火(huǒ)箭、超級建(jian)築等多個(gè)領域大👉顯(xian)身手。

從2000年(nian)涉足碳納(nà)米管至今(jin)，魏飛已在(zai)這個行業(yè)深耕20年，他(ta)見🍉證了行(háng)業的發展(zhan)、壯大，并時(shí)刻為其存(cun)在的問題(tí)擔憂。

在魏(wèi)飛看來，國(guó)内碳納米(mi)管行業在(zai)專利的數(shu)量上遠超(chāo)國🔱外，但大(dà)部分産品(pin)的性能、穩(wěn)定性比不(bú)上國外大(dà)公司生産(chan)🔆的産品。再(zài)🛀🏻者，專利保(bao)護環境差(cha)，抄襲問題(ti)嚴重。

“概括(kuò)來說就是(shi)專利很多(duō)，但在核心(xīn)領域的專(zhuān)利不如歐(ōu)✌️美強國，帶(dài)來的社會(huì)效益遠遠(yuǎn)不可相比(bǐ)。”魏飛總結(jie)道，雖然碳(tàn)納米管材(cái)料屬于戰(zhan)略性新興(xing)材料，但國(guo)家層面并(bìng)未出台相(xiang)關的産業(yè)發展戰略(lue)性規劃。“國(guó)内一堆人(rén)湧上去做(zuò)，但這種行(hang)為更多的(de)是市場的(de)、短期的行(hang)為，覺得能(néng)賺到錢，所(suǒ)以大家都(dou)😄往這個方(fāng)向靠，一旦(dan)冷下來則(zé)🌍無人問津(jin)，缺乏長遠(yuan)有規劃的(de)研👈發。”

而在(zai)産品安全(quán)性的提前(qian)規避方面(mian)，國内更是(shi)一片空白(bai)。

魏飛對《大(da)國之材》表(biǎo)示，我國前(qián)期在高技(jì)術産品對(duì)人與社會(hui)的安全性(xìng)是目前我(wo)們遇到的(de)新問題，相(xiang)✏️關的研究(jiu)及與⭐社會(huì)的互動非(fei)常缺乏，而(er)中國的産(chan)業化進🙇🏻程(chéng)又十分迅(xùn)速，很多問(wen)題沒有提(tí)前研究與(yu)布局做規(guī)避和公開(kāi)說明，國際(jì)上關于納(na)🚶‍♀️米材料安(an)全性的讨(tǎo)論熱度不(bu)斷，但這隻(zhī)是一個很(hěn)廣泛的概(gai)念，目前碳(tàn)納米管在(zài)國内外的(de)使用非常(cháng)廣泛，這更(gèng)應該由一(yī)個具有🏃‍♀️公(gong)信力🔞的部(bù)門牽頭對(duì)安全性、合(hé)規性做一(yī)些調研及(jí)說明。

進一(yī)步來說，碳(tàn)納米管市(shì)場之所以(yǐ)還在野蠻(man)發展階段(duàn)，也是國家(jiā)需求不足(zú)、高端市場(chang)牽引不夠(gòu)。對于追求(qiu)♋科技創新(xīn)和性能突(tū)破的産品(pǐn)來說，其發(fa)展可能與(yǔ)當前市場(chang)需求是💚不(bu)匹配的，但(dan)作為國家(jiā)戰略制高(gao)點，還是必(bi)須得⚽有人(rén)去做。

“國家(jiā)要在材料(liào)上強大，還(hái)有相當長(zhǎng)的路要走(zǒu)，産業界和(hé)教育界應(yīng)該相通，要(yao)讓青少年(nián)就明白産(chǎn)業界🔴的東(dong)🏃‍♀️西是什麼(me)。”魏飛着重(zhong)強調，未來(lai)要更加看(kan)重對青少(shao)年的培養(yang)☂️，因為隻有(yǒu)訓練一批(pi)有科研報(bào)國、産業報(bao)國理想的(de)人才，我們(men)國家🌍的科(ke)技力量才(cái)會更加強(qiáng)大，下一代(dài)材料才有(yǒu)可能被印(yin)上“中國标(biao)簽”。

【個人介(jie)紹】

魏飛，1984畢(bi)業于石油(you)大學煉制(zhi)系有機化(hua)工專業，1990年(nián)獲石油大(da)🛀🏻學有機化(huà)工博士學(xue)位。清華大(dà)學化學工(gōng)程系教授(shou)，綠色反應(ying)工👨‍❤️‍👨程與工(gong)藝北京市(shi)重點實驗(yàn)室🐪主任。中(zhōng)國顆粒學(xue)會能源顆(ke)粒材料專(zhuan)業委員會(hui)主任，發表(biao)論文600餘篇(pian)，SCI他🍉引4萬餘(yú)次，是湯森(sen)路🐅透近四(sì)年🐪材料領(ling)域高💘被引(yin)科學家之(zhi)一，也是Elsevier化(hua)工高被引(yin)學者。獲教(jiāo)育部💃🏻“長江(jiāng)學者”特聘(pin)教授、國家(jiā)傑出青年(nián)基金等。

目(mù)前已成功(gong)實現氣固(gu)下行床催(cui)化裂化、納(na)米聚團床(chuáng)批量生産(chan)碳納米管(guǎn)、高速湍動(dòng)床甲醇制(zhi)芳烴、苯胺(àn)、氯🐉乙烯、丙(bing)烯📱腈、間苯(ben)二腈等30台(tai)新概念反(fǎn)應器産業(yè)化，研究成(cheng)果獲國家(jiā)科技進步(bù)二等㊙️獎（2002年(nian)、2008年）、中石化(hua)科技進步(bu)一等獎、教(jiāo)育部自💃然(rán)科學、技術(shù)發明一等(deng)獎。