小說《三(sān)體》中，主人(ren)公汪淼研(yán)發的武器(qì)——飛刃，既可(ke)以吊起一(yī)輛💰大卡車(che)，又可以将(jiāng)一艘巨輪(lún)切成“撲克(ke)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(you)頭發絲的(de)百分之一(yi)。

雖然“吊卡(kǎ)車、切巨輪(lún)”的場景隻(zhī)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(nà)米管。碳納(na)💜米管是一(yī)👄種具有特(te)殊結構的(de)一維量子(zi)材料，主要(yao)由呈六邊(biān)形排🐪列的(de)碳原子共(gòng)價鍵構成(chéng)同軸圓管(guan)。

這種材料(liao)先從石墨(mò)電弧法制(zhì)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(chen)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(tàn)納米管的(de)宏觀拉伸(shēn)強度就達(dá)到了目前(qian)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(da)學教授魏(wei)飛團隊成(chéng)功研制出(chu)單根長達(dá)半米的☔碳(tan)納🔴米管，并(bìng)且創造了(le)新的世界(jie)紀錄。

在魏(wèi)飛的願景(jǐng)中，碳納米(mǐ)管的未來(lái)就如同《科(kē)學美國🐅人(ren)》雜志⭐中提(ti)到的場景(jǐng)：利用碳納(na)米管制作(zuo)一根太空(kōng)🌏天梯，可以(yǐ)使人類沿(yan)着天梯直(zhí)接從地球(qiú)通往太空(kong)。人類可以(yi)通過它向(xiàng)空間站運(yùn)輸物資，甚(shen)至能随時(shí)到太空旅(lǚ)遊。

“國際學(xué)術會議20年(nian)前就讨論(lun)碳納米管(guan)是、超韌的(de)下一代材(cái)料。”魏飛在(zài)接受《大國(guo)之材》采訪(fang)時表示，正(zhèng)因如此，魏(wèi)飛🙇‍♀️及其課(kè)題組在2000年(nian)左右開始(shi)了碳納米(mǐ)管的研究(jiu)工作。

接下(xia)來，魏飛希(xī)望将碳納(nà)米管應用(yong)在下一代(dài)計算機🈚芯(xīn)片中，創造(zao)出更多的(de)奇迹。

01

“畢生(sheng)奉獻”為國(guó)家

“學識淵(yuan)博術業精(jīng)，立足展望(wang)皆頂峰。隻(zhī)因胸中抱(bao)負🏃‍♂️在🧡，畢生(sheng)奉⚽獻為化(huà)工。”這是清(qing)華2009級直博(bo)生張如範(fàn)寫給導師(shi)魏飛的詩(shī)句♊，也是💘對(duì)🌈他🈚在清華(huá)大學近30年(nián)教學科研(yan)工作的好(hǎo)總結。

“我們(men)高校就應(ying)該尋找新(xin)的方向，為(wéi)國家的未(wei)來發展起(qǐ)作用。”問及(jí)當初為何(hé)會選碳納(nà)米管作為(wéi)研究方向(xiàng)，魏飛🈲表🔴示(shi)🈲，在他看來(lái)解決國家(jia)和社會問(wen)題是工科(kē)人的基本(běn)想法。

事實(shí)上，将其學(xue)生的詩句(ju)改為“畢生(sheng)奉獻為國(guó)家”同樣合(hé)适。從事基(jī)礎研究以(yǐ)來，魏飛及(jí)其團隊就(jiù)在時💛刻诠(quan)釋着“畢生(shēng)奉獻為國(guo)家”這句話(hua)。

2000年前後，魏(wei)飛結識了(le)碳納米管(guǎn)的發現者(zhě)飯島澄男(nan)，曆經多♊次(ci)思🌈想碰撞(zhuàng)後，魏飛确(què)定了碳納(nà)米管的研(yan)究方向，并(bing)偏向㊙️以實(shi)際應用為(wei)主。“我們當(dāng)時覺得這(zhe)個東西要(yào)是不能實(shi)際應用，你(ni)做它幹什(shi)麼？”

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

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

這一(yī)技術成果(guǒ)正好趕上(shang)了智能手(shǒu)機和電動(dòng)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(shi)占據了天(tian)時地利人(ren)和，不是一(yī)個純技術(shù)的成功，我(wo)們承認我(wǒ)們有技術(shu)上的優勢(shi)，但是這個(gè)優勢能夠(gou)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(kěn)表示道。

順(shùn)勢而為，魏(wèi)飛團隊與(yǔ)合作單位(wei)一起成功(gong)創建了世(shì)界大的千(qiān)噸級碳納(nà)米管生産(chan)企業，實現(xian)了萬噸㊙️級(jí)锂電池導(dao)電🆚漿料的(de)産業化，廣(guǎng)泛應用于(yú)智能手機(jī)與電🔞動車(che)中。

02

打造科(ke)技成果産(chǎn)業化樣本(ben)

其後，魏飛(fei)團隊又制(zhi)備出世界(jie)上長的單(dān)根碳納米(mǐ)管和拉伸(shen)✨強度達到(dào)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(kē)技”重點專(zhuan)項的支持(chí)🛀🏻下，2018年，魏飛(fēi)團隊與同(tóng)為清華教(jiāo)授的李喜(xǐ)德團隊合(he)作研究，在(zai)碳納🐕米管(guǎn)纖維領域(yu)取得突破(po)，在世界上(shang)首次報道(dào)了接近單(dan)根碳納米(mǐ)🐪管理論強(qiang)度的超長(zhǎng)😍碳納米管(guǎn)㊙️管束的制(zhì)備。

2007年前後(hòu)，魏飛及團(tuán)隊與杜邦(bāng)、GE合作，成功(gōng)進行了百(bai)公㊙️斤級🔆的(de)工業試驗(yàn)樣品測試(shi)。也正因如(rú)此，他們吸(xi)引了海外(wài)風投的🔞注(zhù)意力。

“當時(shí)美國研究(jiu)碳納米管(guan)的團隊、企(qǐ)業很多，市(shì)場的✨熱鬧(nao)程度不亞(ya)于前幾年(nián)中國的石(shí)墨烯市場(chǎng)，但那💞家風(feng)投能🏒從幾(jǐ)百家團隊(duì)中找到我(wo)，說明我們(men)還是靠譜(pu)的。”魏飛笑(xiao)着說。

将視(shì)線拉回國(guó)内，與魏飛(fei)團隊一直(zhi)進行“産學(xué)研用”合作(zuò)的天奈🐕科(kē)技可以說(shuō)是一個科(kē)技成果産(chan)業化的成(cheng)功樣本。

“由(you)學校原創(chuàng)、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(gài)念做成穩(wěn)定量産的(de)産品，然後(hòu)通過這個(ge)産品改變(biàn)中😍國在锂(li)電池、動力(li)電池的地(di)位，我認為(wéi)這是一個(ge)很有借鑒(jiàn)和代表性(xing)的案例。”魏(wèi)飛對其團(tuan)隊與天奈(nai)科技就碳(tan)納米管導(dao)電漿料🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)合作👌總結(jie)道。

魏飛表(biao)示，在高端(duān)材料領域(yu)中國以前(qián)隻能是做(zuò)一個産業(ye)股東，先當(dang)小弟弟，但(dan)天奈科技(ji)的成功改(gai)變了他對(duì)“高🐪端材♈料(liao)一定要依(yi)賴國外大(da)公司或投(tou)資♍才能生(sheng)存”的看🌈法(fǎ)。

從這個案(àn)例中，魏飛(fēi)得出一個(gè)結論：國内(nei)某些新興(xìng)産業發展(zhǎn)的時候，研(yan)發者要能(neng)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(shí)地利人和(hé)”。

03

産業前瞻(zhān)性技術亟(ji)待突破

魏(wèi)飛及團隊(dui)在超長碳(tàn)納米管的(de)研究工作(zuò)展示出了(le)制造纖維(wei)的光明前(qian)景，為發展(zhan)新型纖維(wei)指明了方(fang)向。這有🧑🏽‍🤝‍🧑🏻助(zhu)于改進目(mu)前具有一(yi)定生産規(gui)模的材料(liao)，同時也為(wei)材料的大(da)量制備奠(diàn)定基礎，未(wei)來有望在(zai)大飛機⭐、大(da)型運載火(huo)箭、超級建(jiàn)築等多🌍個(gè)領域大顯(xiǎn)身手。

從2000年(nián)涉足碳納(nà)米管至今(jīn)，魏飛已在(zài)這個行業(ye)深耕20年，他(tā)見證了行(hang)業的發展(zhǎn)、壯大，并時(shi)刻為其存(cun)在的問題(ti)擔憂。

在魏(wèi)飛看來，國(guó)内碳納米(mǐ)管行業在(zài)專利的數(shù)量上🔞遠超(chāo)國外，但大(dà)部分産品(pǐn)的性能、穩(wěn)定性比不(bu)上國外大(da)公司🏒生産(chǎn)的産品。再(zài)者，專利保(bao)護環境差(chà)，抄襲問題(tí)嚴重。

“概括(kuò)來說就是(shì)專利很多(duō)，但在核心(xin)領域的專(zhuan)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(jié)道，雖然碳(tàn)納米管材(cái)料屬于戰(zhàn)略性新興(xing)材料，但國(guo)🔞家層面并(bing)未出台相(xiàng)關的産業(yè)發展戰略(luè)性規✍️劃。“國(guo)内一堆人(rén)湧上去做(zuò)，但這種行(háng)為更多的(de)是市場的(de)、短期的行(háng)為，覺得能(neng)賺到錢，所(suǒ)以大家都(dou)往這個方(fang)向靠，一旦(dan)冷下來則(ze)無人問津(jīn)🐆，缺乏長遠(yuan)有規劃的(de)研發。”

而在(zai)産品安全(quan)性的提前(qian)規避方面(mian)，國内更是(shì)一片空白(bái)。

魏飛對《大(dà)國之材》表(biao)示，我國前(qian)期在高技(jì)術産品對(duì)人🚶‍♀️與社會(huì)的安全性(xìng)是目前我(wo)們遇到的(de)新問題，相(xiang)關的研究(jiū)及與社會(huì)的互動非(fēi)常缺乏，而(ér)中國的産(chǎn)業化進程(cheng)又十分迅(xun)速🚩，很多問(wen)題沒有提(tí)前研究與(yu)布局做規(guī)避和公開(kai)💯說明，國際(jì)🌈上關于納(na)米材料安(an)全性的讨(tao)論熱度不(bu)斷，但這隻(zhī)是一個很(hen)廣泛的概(gai)💘念，目前碳(tan)納米🈲管在(zai)國内外的(de)使用非常(cháng)廣泛🐇，這更(geng)應該由一(yi)個具有公(gōng)信力的部(bu)門牽🥰頭對(duì)安全性、合(he)規性做一(yi)些調研及(jí)說明。

進一(yī)步來說，碳(tàn)納米管市(shi)場之所以(yi)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(xin)和性能突(tu)破的産品(pin)來說，其發(fa)展可能與(yu)當前市場(chang)需求是不(bú)匹配的，但(dàn)作為國家(jia)戰略制高(gāo)點，還是必(bi)須得有人(ren)去做。

“國家(jiā)要在材料(liào)上強大，還(hai)有相當長(zhang)的路要走(zǒu)，産業界和(he)教育界應(yīng)該相通，要(yao)讓青少年(nián)就明白産(chan)業界的東(dong)西是💛什麼(me)。”魏飛着重(zhong)強調，未來(lai)要更加看(kàn)重對青少(shǎo)年的培養(yǎng)㊙️，因為隻有(yǒu)訓練一批(pī)有科研報(bao)國、産業報(bao)國理想的(de)人才，我們(men)國家的科(kē)技力量才(cái)會更加強(qiáng)大，下一代(dài)材料才有(you)🙇🏻可能被印(yin)上“中⁉️國标(biao)簽”。

【個人介(jiè)紹】

魏飛，1984畢(bì)業于石油(yóu)大學煉制(zhi)系有機化(huà)工專業，1990年(nián)獲石油大(dà)學有機化(huà)工博士學(xué)位。清華大(da)學化學工(gong)程系教授(shòu)，綠色反應(yīng)工程與工(gōng)藝北京市(shi)重點實驗(yan)室🐆主任。中(zhōng)國顆粒學(xue)會能源顆(kē)粒材料專(zhuān)🤟業委員會(hui)主☀️任，發表(biǎo)論文600餘篇(piān)，SCI他引4萬餘(yú)次，是湯森(sen)路透近四(si)年材料領(lǐng)域高被引(yin)科學家🙇🏻之(zhi)一，也是Elsevier化(hua)工高被引(yǐn)學者。獲教(jiao)育部“長江(jiang)學者”特聘(pin)教授、國家(jia)傑出青年(nian)基金等。

目(mu)前已成功(gōng)實現氣固(gu)下行床催(cuī)化裂化、納(na)米聚團床(chuang)批量生産(chǎn)碳納米管(guǎn)、高速湍動(dong)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(fan)應器産業(ye)化，研究成(cheng)果獲國家(jiā)科技進步(bù)二等獎（2002年(nián)、2008年）、中石化(huà)科技進步(bù)一等獎、教(jiao)育部自🧑🏽‍🤝‍🧑🏻然(ran)科學、技🛀🏻術(shu)發明一等(děng)獎。