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

雖然“吊卡(kǎ)車、切巨輪(lun)”的場景隻(zhī)有小說裡(li)有，但現實(shí)中，科學家(jiā)也研制出(chū)了類似的(de)材料——碳納(na)米管。碳納(nà)米管是一(yi)種具有特(tè)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(chéng)同軸圓管(guan)。

這種材料(liào)先從石墨(mò)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(jí)上的碳沉(chen)積物中發(fa)現了⁉️納米(mǐ)尺度的多(duo)層管狀物(wù)，并将碳納(na)米管投射(she)照片發表(biao)在Nature雜志上(shàng)。此後，在不(bu)到三十年(nián)時間裡，碳(tan)納米管的(de)宏觀拉伸(shen)強度就達(da)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(zhu)。

2013年，清華大(da)學教授魏(wèi)飛團隊成(chéng)功研制出(chū)單根長達(dá)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(mǐ)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(na)米管制作(zuo)一根太空(kong)天梯，可以(yǐ)使人類沿(yan)着天梯直(zhí)接從地球(qiu)通往太空(kōng)。人類可以(yǐ)通過它✊向(xiàng)空間💋站運(yùn)輸物資，甚(shen)至能🔞随時(shi)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(cai)🐉料。”魏飛在(zài)接受《大國(guó)之材》采訪(fǎng)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(shǐ)了碳納米(mi)管的研究(jiū)工作。

接下(xia)來，魏飛希(xi)望将碳納(na)米管應用(yong)在下一代(dai)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(guo)家

“學識淵(yuān)博術業精(jing)，立足展望(wàng)皆頂峰。隻(zhi)因胸中抱(bao)負在，畢生(shēng)🌈奉獻為化(huà)工。”這是清(qing)華2009級直博(bo)生張如範(fan)寫給導師(shi)魏飛的詩(shī)句，也是對(dui)♋他在清華(huá)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(wei)國家的未(wei)來發展起(qi)作用。”問及(ji)當初為何(he)會選碳納(nà)米管作為(wei)研究方向(xiàng)，魏飛表🔞示(shi)，在🌈他看來(lái)解決國家(jia)和社會問(wèn)題是工科(kē)人的基本(ben)🚶想法。

事實(shí)上，将其學(xue)生的詩句(jù)改為“畢生(shēng)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(jiu)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(guan)的發現者(zhe)飯島澄男(nán)㊙️，曆經多次(ci)思想碰撞(zhuang)後，魏飛确(què)定了碳納(nà)米管的研(yán)究方向，并(bing)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(sheng)産是碳納(na)米管從實(shi)驗室走向(xiàng)實際應用(yòng)的重要一(yī)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(dian)是錯的，後(hou)來又調整(zhěng)，想🙇🏻别的辦(ban)法。”

在多次(ci)調整、讨論(lùn)、試驗後，魏(wèi)飛及團隊(duì)确定了和(hé)一些電🈲池(chí)企業的合(he)作，嘗試将(jiang)碳納米管(guan)作為儲能(néng)材料導🈲電(diàn)添加劑加(jia)入到锂電(diàn)池的正級(ji)中。根據測(cè)試結果，添(tiān)加了碳納(nà)米管的锂(lǐ)電池循環(huan)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(shàng)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(dui)锂電池的(de)性能提出(chu)了更高要(yao)👄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(shi)，但是這個(gè)優勢能夠(gòu)得到😄發揮(huī)的原因其(qí)實是跟國(guó)家産業鍊(lian)☎️發展相關(guan)。”魏飛誠懇(ken)表示♊道。

順(shùn)勢而為，魏(wei)飛團隊與(yu)合作單位(wei)一起成功(gōng)創建了世(shi)☀️界大的千(qiān)🎯噸級碳納(na)米管生産(chǎn)企業，實現(xiàn)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(chǎn)業化樣本(běn)

其後，魏飛(fei)團隊又制(zhì)備出世界(jie)上長的單(dan)根碳納米(mǐ)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(shu)。

在國家重(zhòng)點研發計(jì)劃“納米科(kē)技”重點專(zhuan)項的支持(chi)下，2018年，魏飛(fei)團隊與同(tong)為清華教(jiāo)授的李喜(xi)德團隊合(hé)作研究，在(zai)碳納🐇米管(guǎn)纖維🆚領域(yù)取得突破(pò)，在世界上(shang)首次報🛀🏻道(dao)了接🚩近單(dān)根碳納米(mǐ)管理論強(qiang)度的超長(zhang)碳納米管(guǎn)管束的制(zhi)✊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(bǎi)公斤級的(de)🌍工業試驗(yàn)樣品測試(shi)。也正因如(ru)此，他們吸(xi)引了海外(wài)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(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(chang)，但那家風(feng)✂️投能從幾(jǐ)百家團隊(duì)中找到我(wǒ)，說明我們(men)還是靠譜(pu)的。”魏飛笑(xiao)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(kē)技可以說(shuō)是一個科(kē)技成果産(chan)業化的成(chéng)👈功樣本。

“由(yóu)學校原創(chuang)、研發，結合(hé)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(lì)電池的地(di)位，我認為(wéi)這是一個(ge)很有借鑒(jian)和代表性(xìng)的案例。”魏(wèi)飛對其團(tuan)隊與天奈(nai)科技就碳(tan)納米管導(dǎo)電漿料的(de)合作🔞總結(jie)道。

魏飛表(biao)示，在高端(duān)材料領域(yù)中國以前(qián)隻能是做(zuo)一個産業(ye)😘股東，先當(dang)小弟弟，但(dàn)天奈科技(jì)的成功改(gǎi)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(an)例中，魏飛(fei)得出一個(ge)結論：國内(nèi)某些新興(xing)産業發展(zhan)的時候，研(yán)發者要能(neng)夠結🔴合行(háng)🌍業📐的痛點(diǎn)，要注意本(ben)土的優勢(shì)，這是很重(zhòng)要的“天時(shí)地利人和(hé)”。

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(tàn)納米管的(de)研究工作(zuo)展示出了(le)制造纖維(wei)的光明前(qian)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(gui)模的材🤞料(liào)，同時也為(wéi)材料的大(da)量制備奠(dian)定基💛礎，未(wèi)來有望在(zai)大飛機、大(da)型運載火(huo)箭、超級建(jian)築等多個(ge)領域大顯(xiǎn)身手。

從2000年(nian)涉足碳納(nà)米管至今(jīn)，魏飛已在(zai)這個行業(yè)深耕20年，他(tā)見證🔴了行(háng)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(guo)内碳納米(mi)管行業在(zai)專利的數(shu)量上遠超(chao)國外，但大(dà)部分産品(pin)的性能、穩(wěn)定性比不(bu)上國外大(dà)公司生産(chǎn)的産品。再(zài)者，專利保(bǎo)護環境差(cha)，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(ou)美強國，帶(dai)來的社會(huì)效益遠遠(yuan)不可相比(bǐ)。”魏飛總結(jié)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(ye)發展戰略(luè)性規劃。“國(guo)内一堆人(ren)湧上去做(zuo)，但這種行(háng)為更多的(de)🧡是市場的(de)、短期的行(háng)為，覺得能(néng)賺到錢，所(suǒ)以大家都(dōu)往這個方(fāng)向靠，一旦(dan)冷下來則(ze)無人問津(jin)，缺乏長遠(yuan)♉有規劃的(de)研發。”

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

魏飛對《大(dà)國之材》表(biao)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(wǒ)們遇到的(de)新問題，相(xiang)💯關的研究(jiu)及與社會(huì)的互動非(fēi)常缺乏，而(er)中國的産(chan)業化進程(cheng)又十分迅(xun)速，很多問(wèn)✌️題沒有提(tí)前研究與(yu)👈布局做規(gui)避和公開(kai)說明，國際(ji)上關于納(nà)米材料安(ān)🐇全性的讨(tao)論熱度不(bu)斷，但這隻(zhi)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(dui)安全性、合(hé)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(zu)、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(fā)展可能與(yǔ)當前市場(chang)需求是不(bú)匹配的，但(dan)作為國家(jiā)戰略🔴制高(gāo)點，還🐅是必(bi)須得有人(ren)去做。

“國家(jia)要在材料(liao)上強大，還(hái)有相當長(zhang)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(zhong)👉強調，未來(lai)要更加看(kan)重對青少(shǎo)年的培養(yǎng)，因為隻有(yǒu)訓練一批(pī)有科研報(bào)國、産業報(bào)國理想的(de)人才，我們(men)國🔞家的科(kē)技力量才(cái)會更加強(qiang)大，下一代(dai)材料才有(you)可能被印(yin)上“中國标(biāo)簽”。

【個人介(jiè)紹】

魏飛，1984畢(bì)業于石油(you)大學煉制(zhì)系有機化(hua)工專業，1990年(nián)獲石油大(da)學有機化(hua)工博士學(xue)位。清華大(dà)學化學工(gong)程🤟系教授(shou)，綠色反應(ying)工程與⚽工(gōng)藝北京市(shì)重點實驗(yàn)室主任。中(zhong)國顆粒學(xue)會能源顆(ke)粒⭕材料專(zhuan)業委員會(hui)主任，發表(biǎo)論文600餘篇(pian)，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(yǐn)科學家之(zhi)一，也是Elsevier化(huà)工高被引(yǐn)學🥰者。獲教(jiao)育部“長江(jiāng)學者”特聘(pin)教授、國家(jia)傑出青年(nián)基金等。

目(mu)前已成功(gōng)實現氣固(gù)下行床催(cui)化裂化、納(nà)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(an)、氯乙烯🔱、丙(bing)烯腈、間苯(ben)二腈等30台(tái)新概念反(fǎn)應器産業(ye)化，研究成(chéng)果獲國家(jiā)📧科技進步(bu)二等🐇獎（2002年(nián)、2008年）、中石🍉化(huà)科技進步(bu)一等獎🔞、教(jiao)育部自🐆然(rán)科學、技術(shu)發明一🏃‍♀️等(děng)獎。