• 当前位置:首页
  • 行业资讯
  • 终端资讯
  • 【碳纤维】《流浪地球》中的“超级材料”碳纤维!从科幻到现实,没TA不行

【碳纤维】《流浪地球》中的“超级材料”碳纤维!从科幻到现实,没TA不行

 眼下,电影《流浪地球2》正在院线热映。同时,由科幻小说《三体》改编的同名电视剧也正在热播,剧中一种名为“纳米飞刃”的材料引起了广泛关注,比头发丝还要细很多的它,却可以成为上锋利的刀。这种材料,也是建造《流浪地球2》电影中提到的“太空电梯”的重要支撑。建成“太空电梯”后,能够低成本地在地球和太空间运输物资,人类探索太空、迈向宇宙的时间和资金成本将大大减少

 

被誉为“航天之父”的俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在1895年提出过一个设想,在地面上建设一座超高的铁塔,一直建到地球同步轨道为止,在铁塔内架设电梯,人们便可以搭着电梯进入外太空。这便是“太空电梯”的由来。

微信截图_20230211111438
我们想要建造一座直达外太空的电梯,重要的就是需要提供绳索轨道。从地面向上建造?太不现实。那可以试着从太空中“扔”下绳索。也就是说,先发射一颗地球同步卫星,然后从卫星上伸出绳索“垂”到地面上,在地面一端固定,形成太空电梯的运行轨道。这下不用建塔,只需要“几根绳索”就行!

 

于是,人们又遇到了异常棘手的问题:如何找到密度小,但抗拉强度大的材料

 

《流浪地球》原著作者刘慈欣在接受电视总台记者采访时说:“太空电梯大的障碍是它的材料,要把一根钢索从地球延伸到三万公里高空,目前我们强度高的材料就是碳纤维。

高性能碳纤维强度是普通钢材的10倍,具有极高的耐磨性和耐腐蚀性,可以有效抵抗外界环境的侵蚀作用,被广泛用于航天航空、交通、医疗及国防等领域,与国民经济发展和安全密切相关,尤其在航空航天和国防军工领域更是占有不可替代的地位。

2018年1月,“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”荣获2017年度科学技术进步一等奖,这也是我国碳纤维行业所获得的高奖项。该技术的完成单位是隶属于建材集团的中复神鹰碳纤维股份有限公司,此前,该公司系统掌握了T700级、T800级、M30级、M35级千吨级技术以及T1000级、M40级百吨级技术,在国内率先实现了干喷湿纺的关键技术突破和核心装备自主化,建成了国内条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。2020年,中复神鹰万吨级碳纤维生产基地在青海投产。

 

建材集团董事长周育先在接受记者采访时曾表示:万吨级生产基地的投产,让我们在解决了T800、T1000级碳纤维“0到1”跨越的基础上,也解决了“1到100”的大规模量产。只有实现量产,才能保证性能稳定、性能一致,才能保证其在国防军工、航空航天领域的应用。从“国之重器”到新能源、基础设施建设,碳纤维材料的应用领域会得到进一步拓展。

 

其实,目前有可能满足“太空电梯”建设要求的是一种纳米材料——碳纳米管,也就是《三体》部主角所研究的“纳米飞刃”的原型。它是由碳原子组成的管状结构纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能,是目前已知的理论上力学强度高和韧性好的材料。比如,它可以在纳米尺度下让沸水成冰,比如拥有99.8%的电热转化效率,或许会成为未来的“取暖神器”。比如,其硬度与金刚石相当,却拥有良好的柔韧性,可以拉伸。具有良好的力学性能,强度是钢的100倍,密度却只有钢的1/6。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大改善。

理论上可行,可一旦真的要考虑项目建设,就需要解决很多的实际问题。碳纳米管的耐久性还远远不够,技术也并不成熟。未来研究能否成功,就让时间来答案吧。
微信截图_20230211111638

相信看过影片的观众,一定对在月面建造月球基地和逐月发动机的情节记忆犹新。当所有工程机器模块启动,设备开始运转,机器人便可以轻轻松松地将基地和发动机建设用混凝土基材进行自动化“建材打印”。

 

这项技术可一点也不“科幻”。如今,建材总院针对极端环境下月面建造的资源条件约束,利用3D打印技术,研究了解决月面建筑物建造与长期服役难题。相信在不久的将来,在月球上实现“零员工”建造大楼指日可待!

“一代材料,一代装备”,作为战略性、基础性产业,新材料为我国战略新兴产业发展提供了不可或缺的基础保障。

科幻的背后是制造,制造变革与升级的关键在于材料。在《流浪地球2》中,我们还能看到许多需要用到“超级材料”的地方。

为推动地球开启“流浪之旅”,人们建设了上万座巨大的行星发动机。这些发动机在喷管、燃烧室采用了大量耐高温金属材料,使其可以在1500℃~2000℃环境中长期正常工作。