還記得小說《三體》里能將鋼鐵巨輪輕松切割的“飛刃”嗎?最近,中國科學(xué)院山西煤化所磨劍數(shù)十年,與有關(guān)單位聯(lián)合打造出國產(chǎn)T1000級高性能碳纖維,這是現(xiàn)實中應(yīng)用性能最接近“飛刃”的超強材料。
這根現(xiàn)實版“飛刃”是如何造出來的?又將撐起哪些硬核未來?
T1000級高性能碳纖維
是如何造出來的?
這種“地表超強材料”,目前已實現(xiàn)量產(chǎn),它每一股有12000根單絲,單絲直徑不到頭發(fā)絲的十分之一,卻抗拉強度極高。1米長的碳纖維只有0.5克重,抗拉強度超6600兆帕,能拉動約200公斤的重物也不會斷,是鋼材料的7到8倍。
記者來到碳纖維誕生地的搖籃,看到化合物在這里聚合之后,通過干噴濕紡的工藝,形成一束原絲。這束原絲看著像生活中常見的透明膠條,但其實它包含有4000根的原絲,兩到三束擰成一股,每一股最后就形成了12000根原絲。
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真正的“神力”,除了誕生之初的聚合,還有用化學(xué)反應(yīng)在原子層面編織出精妙的強韌網(wǎng)絡(luò)——
- 白色的絲束被送進氧化爐,逐漸變成黃褐色。
- 絲束被送進1000℃至1500℃的高溫爐,分子里的氫、氧等雜質(zhì)被徹底剝離,最后只留下高純度的碳原子。
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純碳材料就能成為超強材料嗎?
生活中最常見的石墨鉛筆芯和T1000級碳纖維,本質(zhì)上都由碳原子構(gòu)成,但石墨鉛筆芯一掰就碎,T1000級碳纖維成束之后卻能拉動汽車,天差地別的根源,就在我們看不見的原子“編織”方式里。
在微觀紡織過程中,碳原子首先會連接成一張極其堅固的六邊形網(wǎng)——石墨烯片層。這種網(wǎng)本身非常堅固,但如果無數(shù)張這樣的網(wǎng)只是簡單地堆疊在一起,就會像一摞撲克牌,輕輕一推就散開。石墨鉛筆芯就是這種微觀結(jié)構(gòu),一掰就斷。
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而碳纖維的“紡織”工藝,要精妙得多,它就像是用分子膠水,把每一層都不規(guī)則地、牢牢黏合在一起,再整體壓實。最終形成一個既有縱向纖維、又有橫向鎖死的超級立體網(wǎng)絡(luò)。
所以,當我們拉扯這根碳纖維時,力量會沿著數(shù)以億計的碳原子網(wǎng)均勻分散。
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如今,這種被稱為“黑色黃金”的“地表超強材料”正在走出實驗室,成為航空航天、國防軍工、新能源、高端裝備等國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)不可或缺的“核心骨架”。
這根現(xiàn)實版“飛刃”未來也將撐起更多國之重器的騰飛夢想!
來源:人民日報
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