小說《三(san)體》中，主人(rén)公汪淼研(yán)發的武器(qi)——飛刃，既可(ke)以吊起一(yī)輛大卡車(che)，又可以将(jiang)一艘巨輪(lun)切成“撲克(ke)牌”。據小🏒說(shuō)描述，飛🚶刃(ren)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(yī)。

雖然“吊卡(ka)車、切巨輪(lún)”的場景隻(zhi)有小說裡(lǐ)有，但現實(shi)中，科學家(jiā)也研制出(chū)了類似的(de)材料——碳納(na)米管。碳納(na)米管是一(yi)種具👣有特(te)殊結構的(de)一維量子(zi)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(wu)中發現，1991 年(nian)，日本電子(zǐ)公司（NEC）的電(dian)鏡專家飯(fan)島澄男在(zài)石墨陰極(ji)上的碳沉(chen)積物中發(fā)🐪現了納米(mǐ)尺度的多(duō)層管狀物(wu)，并将碳納(nà)米管投射(she)照片發表(biǎo)👌在Nature雜志上(shang)。此後，在不(bú)到三十年(nián)時間裡，碳(tàn)🏃‍♀️納米管的(de)宏觀拉伸(shen)♌強度就達(dá)到了目前(qian)好碳纖維(wei)的十倍，韌(rèn)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(zhu)。

2013年，清華大(dà)學教授魏(wèi)飛團隊成(chéng)功研制出(chū)單根長達(da)半米🈚的📐碳(tan)納米管，并(bing)且創造了(le)新的世界(jiè)紀錄。

在魏(wei)飛的願景(jing)中，碳納米(mi)管的未來(lái)就如同《科(kē)學美國🏒人(rén)🙇🏻》雜志中提(ti)到的場景(jing)：利用碳納(na)米管制作(zuò)一根太空(kong)天梯🌈，可以(yǐ)使人類沿(yán)着天梯直(zhí)接從地球(qiú)通往太空(kōng)。人類可以(yǐ)通過它向(xiang)空間站運(yùn)輸物資，甚(shen)至能随時(shí)到太空旅(lü)遊。

“國際學(xué)術會議20年(nian)前就讨論(lùn)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(fǎng)時表示，正(zhèng)因如此，魏(wei)飛⚽及其課(kè)題組在👈2000年(nián)左右開始(shǐ)了碳納米(mǐ)管的研究(jiu)工作。

接下(xia)來，魏飛希(xi)望将碳納(nà)米管應用(yòng)在下一代(dai)計算機芯(xin)片中，創造(zào)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(wàng)皆頂峰。隻(zhī)因胸中抱(bao)負在，畢生(shēng)奉獻為化(hua)工。”這是清(qing)華2009級直博(bó)生張如範(fàn)寫給導師(shi)魏飛的詩(shi)句❄️，也🔴是對(duì)他🏒在清華(hua)大學近30年(nian)教學科研(yán)工作的好(hao)總🔱結。

“我們(men)高校就應(ying)該尋找新(xīn)的方向，為(wéi)國家的未(wèi)來發展起(qi)作用。”問及(ji)當初為何(he)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(ke)人的基本(běn)想法。

事實(shí)上，将其學(xue)生的詩句(jù)改為“畢生(sheng)奉獻為國(guo)家”同樣🌏合(he)适。從事基(jī)礎研究以(yi)來，魏飛及(ji)其團隊就(jiù)在時刻诠(quan)釋着❗“畢生(sheng)奉獻為國(guo)⭐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(nan)，曆⁉️經多次(cì)思想碰撞(zhuang)後，魏飛确(què)定了碳納(na)米管的研(yán)🤟究方向，并(bing)偏向以實(shi)際應㊙️用為(wéi)主。“我們當(dāng)時覺得這(zhe)個東西要(yao)是不能實(shí)際⁉️應用，你(ni)做它幹什(shi)麼？”

批量生(sheng)産是碳納(nà)米管從實(shi)驗室走向(xiàng)實際應用(yong)的重🔅要一(yi)步。“在成功(gong)将碳納米(mǐ)管批量化(hua)生産後，我(wǒ)們才發現(xian)找到的這(zhè)個🤩應用點(diǎn)是錯的，後(hou)來又調整(zhěng)，想别的辦(bàn)法。”

在多次(cì)調整、讨論(lun)、試驗後，魏(wèi)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(ji)中。根據測(cè)試結果，添(tiān)加了碳納(nà)米管的锂(li)電池循環(huán)次數增加(jia)30%-50%，能量密度(dù)提高8%。

這一(yi)技術成果(guǒ)正好趕上(shàng)了智能手(shǒu)機和電動(dong)汽車🤟蓬勃(bo)💯發展的時(shí)代，應用端(duan)的變化對(dui)锂電池的(de)性能提出(chu)了更高要(yào)求。“我☁️覺得(de)☎️這個事是(shì)占據了天(tian)時地利人(rén)和，不是一(yi)個純技術(shu)的成功，我(wo)們承認我(wo)們有技術(shu)上的優勢(shì)，但是這個(ge)優勢能夠(gòu)得到發揮(huī)的原因其(qi)實是跟國(guó)家産業鍊(liàn)發展相關(guān)。”魏飛誠懇(ken)表示💞道。

順(shun)勢而為，魏(wei)飛團隊與(yu)合作單位(wèi)一起成功(gong)創建了世(shì)界🌈大的♍千(qian)噸級碳納(nà)米管生産(chǎn)企業，實現(xiàn)了萬噸級(jí)锂電池導(dǎo)電漿料的(de)産🛀業化，廣(guang)泛應用于(yú)智能手機(jī)與電動車(chē)中。

02

打造科(kē)技成果産(chan)業化樣本(ben)

其後，魏飛(fēi)團隊又制(zhì)備出世界(jiè)上長的單(dān)根碳納米(mǐ)管和拉伸(shēn)強度達到(dào)到80GPa以上的(de)超長碳納(nà)米管管束(shu)。

在國家重(zhong)點研發計(ji)劃“納米科(kē)技”重點專(zhuan)項的支持(chi)下，2018年⭕，魏飛(fēi)團隊與同(tong)為清華教(jiao)授的李喜(xi)德團隊合(hé)作研究，在(zài)碳納📱米管(guan)纖維領域(yù)取得突破(pò)，在世界上(shàng)首次報道(dao)了接近單(dān)根碳納米(mi)管理論強(qiáng)度的超長(zhǎng)碳納米管(guan)管束的制(zhì)備。

2007年前後(hou)，魏飛及團(tuan)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(shì)。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(jiū)碳納米管(guan)的團隊、企(qǐ)業很多，市(shì)場的熱💜鬧(nao)程度不亞(yà)于前幾年(nian)中國的石(shí)墨烯市場(chang)，但那家風(fēng)投能從幾(ji)百家團隊(dui)中找到我(wǒ)，說明我們(men)還是靠譜(pu)的。”魏飛笑(xiào)⁉️着說。

将視(shi)線拉回國(guó)内，與魏飛(fēi)團隊一直(zhí)進行“産學(xue)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(yóu)學校原創(chuàng)、研發，結合(hé)國内市場(chang)本土優勢(shì)，用企業的(de)經營方式(shi)把原創概(gai)念做成穩(wen)定量産的(de)産品，然後(hou)通過這個(gè)産🌈品改變(biàn)中國在锂(lǐ)電池、動力(lì)電池的地(di)位，我認為(wei)這是一個(ge)很有借鑒(jian)和代表性(xìng)的案例。”魏(wei)飛對其團(tuan)隊與天奈(nài)科技就碳(tàn)納米管導(dǎo)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(zuo)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(dui)“高💚端材料(liào)一定要依(yi)賴國外大(da)公司或投(tóu)資才能生(shēng)存”的看法(fǎ)。

從這個案(àn)例中，魏飛(fei)得出一個(gè)結論：國内(nei)某些新興(xìng)産業發展(zhǎn)的時候，研(yán)發者要能(néng)夠結合行(hang)業的痛點(dian)，要注意本(běn)土的優勢(shì)，這是很重(zhong)要的“天時(shi)地利🌈人和(hé)”。

03

産業前瞻(zhān)性技術亟(ji)待突破

魏(wei)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(wéi)的光明前(qián)景，為發展(zhǎn)新型纖維(wei)指明了方(fāng)向。這有助(zhù)于改進🔴目(mu)前具有一(yi)定生産規(guī)模的材料(liao)，同時也為(wei)材👣料的大(dà)🌍量制備🌈奠(dian)定基📱礎，未(wèi)來有望在(zai)大飛機、大(dà)型運載火(huo)箭、超級建(jian)築等多個(ge)領域大💘顯(xian)身手。

從2000年(nián)涉足碳納(na)米管至今(jīn)，魏飛已在(zai)這個行業(yè)深耕☎️20年👣，他(ta)見♉證了行(hang)業的發展(zhan)、壯大，并時(shi)刻為其存(cun)在的問題(tí)擔憂。

在魏(wei)飛看來，國(guó)内碳納米(mǐ)管行業在(zài)專利的數(shu)量上♉遠⛹🏻‍♀️超(chāo)國外，但大(da)部分産品(pin)的性能、穩(wěn)定性比不(bú)上國外大(da)公司生産(chan)的産品。再(zài)者，專利保(bao)護環境差(chà)，抄襲問題(ti)嚴重。

“概括(kuo)來說就是(shì)專利很多(duō)，但在核心(xīn)領域的專(zhuān)利不🏃🏻‍♂️如歐(ōu)美強國，帶(dai)來的社會(huì)效益遠遠(yuan)不可相比(bǐ)。”魏飛總結(jie)道，雖然碳(tàn)納米管材(cai)料屬于戰(zhàn)略性新興(xìng)材料，但🧑🏾‍🤝‍🧑🏼國(guó)家層面并(bìng)未出台相(xiang)關的産業(yè)發展戰略(luè)性規劃。“國(guó)内一堆人(rén)湧上去做(zuo)，但這種行(háng)為更多的(de)是市場的(de)、短期的行(hang)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(jin)，缺乏長遠(yuǎn)🍓有規劃的(de)研發。”

而在(zài)産品安全(quán)性的提前(qián)規避方面(miàn)，國内更是(shì)一片空白(bai)。

魏飛對《大(dà)國之材》表(biao)示，我國前(qian)期在高技(jì)術産品對(dui)人🔴與社會(huì)的安全性(xing)是目前我(wǒ)們遇到的(de)新問題，相(xiang)關的研究(jiu)🔞及與🏒社會(hui)的互✂️動非(fēi)常缺乏，而(er)中國的産(chan)業化進程(cheng)又十分迅(xùn)速，很多問(wen)題沒有提(ti)前研究與(yǔ)布局做規(gui)☀️避和公開(kai)♌說明，國際(ji)上關于納(na)米材料安(an)😄全性的讨(tao)論⛷️熱度不(bú)斷，但這隻(zhī)是一個很(hen)廣泛的概(gai)念，目前碳(tàn)納米管在(zài)國内外的(de)使用非常(chang)廣泛，這更(geng)應該由一(yī)👄個具有公(gōng)信力的部(bu)門牽頭對(dui)安全性、合(hé)規性做一(yi)些調研及(jí)說明。

進一(yi)步來說，碳(tàn)納米管市(shi)場之所以(yǐ)還在野蠻(man)發展階段(duan)，也㊙️是國家(jia)需求不足(zú)、高端市場(chǎng)牽引不夠(gou)。對于追求(qiu)科技創新(xīn)和性😍能突(tū)🤩破的産品(pin)來說，其發(fa)展可能與(yu)當前市場(chang)需求是不(bu)匹配的，但(dan)作為國家(jiā)戰略制高(gāo)點，還🐅是必(bì)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(zou)，産業界和(he)教育界應(ying)該相通，要(yao)讓青少年(nian)就明白産(chan)業界💋的東(dōng)西是什麼(me)🌐。”魏飛着重(zhòng)強調，未來(lái)要更加看(kàn)重對💘青少(shao)年的培養(yǎng)♈，因為隻有(you)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(qiang)大，下一代(dai)材料🔅才有(you)可能被印(yìn)上“中國标(biāo)❤️簽”。

【個人介(jie)紹】

魏飛，1984畢(bì)業于石油(yóu)大學煉制(zhì)系有機化(huà)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(xué)會能源顆(ke)粒材料專(zhuān)業委員會(hui)主任，發表(biao)論🈲文600餘篇(piān)，SCI他🔴引4萬餘(yu)次，是湯森(sēn)路透近四(sì)年材料領(ling)域高被引(yin)科學家之(zhī)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(jiā)傑出青年(nian)基金等。

目(mu)前已成功(gong)實現氣固(gu)下行床催(cui)化裂化、納(na)米聚團床(chuang)批量🌈生🌈産(chan)碳納米管(guan)、高速湍動(dòng)床甲醇制(zhì)芳烴、苯胺(an)、氯乙烯、丙(bing)烯🈲腈、間📐苯(ben)二🛀腈等30台(tái)新概念反(fan)應器産業(ye)化，研究成(chéng)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(shù)發明一等(deng)獎。