小(xiǎo)說《三體》中，主人(ren)公汪淼研發的(de)武器——飛刃，既可(kě)以吊🈲起一輛大(da)卡車，又可以将(jiang)一艘巨輪切成(cheng)“撲克牌🔞”。據小🚶‍♀️說(shuō)描述，飛刃是一(yi)種超高強度的(de)納米材料，直徑(jìng)隻有頭發絲的(de)百分之一。

雖然(rán)“吊卡車、切巨輪(lun)”的場景隻有小(xiao)說裡有，但現實(shí)中，科學家也研(yán)制出了類似的(de)材料——碳納米管(guǎn)。碳納米管是一(yi)種具有特🈲殊結(jié)構的一維量子(zi)材料，主要㊙️由呈(chéng)六邊形排列的(de)碳原子共價鍵(jiàn)構成同軸圓管(guǎn)。

這種材料先從(cong)石墨電弧法制(zhi)備C60的産物中發(fā)現，1991 年，日💃🏻本電🧡子(zi)公司（NEC）的電鏡專(zhuān)家飯島澄男在(zài)石墨陰極🔞上的(de)碳沉積物中發(fa)🔴現了納米尺度(du)的多層管狀物(wù)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，并将碳🛀納米管(guǎn)🌏投射照片發表(biao)在Nature雜志🏃‍♂️上。此後(hòu)，在不到三十年(nian)時間裡，碳納米(mǐ)管的宏觀拉伸(shen)強度就達到了(le)目前好碳纖維(wéi)的十倍，韌性達(da)到了蜘蛛絲的(de)40倍，碳納米管受(shou)到了科學界的(de)廣泛關注。

2013年，清(qing)華大學教授魏(wei)飛團隊成功研(yan)制出單根長達(da)半🌐米的碳納米(mǐ)管，并且創造了(le)新的世界紀錄(lù)。

在魏飛的願景(jing)中，碳納米管的(de)未來就如同《科(ke)學美🍉國人》雜志(zhi)中提到的場景(jǐng)：利用碳納米管(guǎn)制作一根太空(kōng)天梯，可以使人(ren)類沿着天梯直(zhi)接從地球通往(wang)太空。人類可以(yi)通過它向空間(jian)站運輸物資，甚(shèn)至能随時到太(tai)🌈空旅遊。

“國際學(xue)術會議20年前就(jiù)讨論碳納米管(guan)是、超韌的下一(yī)代材💚料。”魏🌈飛在(zai)接受《大國之材(cái)》采訪時表示，正(zheng)因如此，魏飛📐及(ji)其課題組在2000年(nián)左右開始了碳(tàn)納米管的研究(jiū)工作。

接下來，魏(wèi)飛希望将碳納(na)米管應用在下(xia)一代計算機芯(xin)✊片中，創造出更(geng)多的奇迹。

01

“畢生(shēng)奉獻”為國家

“學(xué)識淵博術業精(jīng)，立足展望皆頂(dǐng)峰。隻因胸中抱(bào)負在，畢🙇🏻生奉獻(xiàn)為化工。”這是清(qing)華2009級直博生張(zhang)如範寫給導師(shī)魏飛的詩句，也(ye)⭐是對🔴他在清華(hua)大學近30年教學(xue)科研工作的好(hǎo)總🛀🏻結。

“我們高校(xiao)就應該尋找新(xīn)的方向，為國家(jiā)的未來發🈲展😍起(qi)作用✍️。”問及當初(chu)為何會選碳納(na)米管作為研究(jiū)方向，魏飛表示(shi)🥵，在他看來解決(jue)國家和社會問(wèn)題是工科人的(de)基本想法。

事實(shi)上，将其學生的(de)詩句改為“畢生(shēng)奉獻為國家”同(tóng)樣合适。從事基(ji)礎研究以來，魏(wei)飛及其團隊就(jiu)在時刻诠釋着(zhe)“畢生🏃🏻‍♂️奉獻👄為國(guó)家”這句話。

2000年前(qian)後，魏飛結識了(le)碳納米管的發(fa)現者飯島澄男(nán)，曆經多次思想(xiang)碰撞後，魏飛确(què)定了碳納米管(guan)的研究方向，并(bìng)偏向以實際應(ying)用為主。“我們當(dāng)時覺得這個東(dong)西要是不能實(shí)際應用，你做它(tā)幹什麼？”

批量生(sheng)産是碳納米管(guan)從實驗室走向(xiang)實際應用的🔞重(zhòng)要一步。“在成功(gōng)将碳納米管批(pi)量化生産後，我(wo)們😘才發現找到(dào)的這個應用點(diǎn)是錯的，後來又(you)調整，想别的辦(ban)法。”

在多次調整(zheng)、讨論、試驗後，魏(wei)飛及團隊确定(dìng)了和一些電😘池(chi)㊙️企業的合作，嘗(chang)試将碳納米管(guǎn)作為儲能材料(liao)導❄️電添加劑📱加(jiā)入🐆到锂電池的(de)正級中。根據測(ce)試結果，添加了(le)碳納米管的锂(lǐ)電池循環次數(shu)增加30%-50%，能量密度(dù)提高8%。

這一技術(shu)成果正好趕上(shàng)了智能手機和(hé)電動汽車💃🏻蓬🚶勃(bó)😄發展的時代，應(ying)用端的變化對(dui)锂電池的性能(néng)提出了更🐅高要(yào)求。“我⭕覺得這個(ge)事是占據了天(tian)時地👌利人和，不(bu)是一個純技術(shù)的成功，我們承(cheng)認我們有技術(shu)上的優勢，但是(shi)這個優勢能夠(gòu)得到發揮的原(yuan)因其實是跟🆚國(guó)家産業鍊發展(zhǎn)相關。”魏✔️飛誠懇(ken)表示道。

順勢而(ér)為，魏飛團隊與(yǔ)合作單位一起(qi)成功創建了世(shi)界大的千🔞噸級(jí)碳納米管生産(chan)企業，實現了萬(wan)噸級锂電池導(dǎo)電漿料的産♊業(yè)化，廣泛應用于(yu)智能手🏃‍♀️機與電(diàn)動車中。

02

打造科(kē)技成果産業化(hua)樣本

其後，魏飛(fei)團隊又制備出(chū)世界上長的單(dan)根碳納米管👨‍❤️‍👨和(he)👣拉伸強度達到(dao)到80GPa以上的超長(zhǎng)碳納米管管束(shu)。

在國家重點研(yán)發計劃“納米科(ke)技”重點專項的(de)支持下，2018年，魏🏃‍♂️飛(fei)團隊與同為清(qīng)華教授的李喜(xǐ)德團隊合⭕作研(yan)究，在碳納✏️米管(guǎn)纖維領域取得(de)突破，在世界上(shàng)🍉首次報道了接(jiē)近單根碳納米(mǐ)管理論強度的(de)超長碳納米管(guan)管束的制✍️備。

2007年(nián)前後，魏飛及團(tuan)隊與杜邦、GE合作(zuo)，成功進行了百(bǎi)公🌈斤級的工業(yè)試驗樣品測試(shì)。也正因如此，他(ta)們吸引了海外(wài)風投的注意力(lì)。

“當時美國研究(jiū)碳納米管的團(tuan)隊、企業很多，市(shi)場的熱鬧程度(dù)不亞于前幾年(nian)中國的石墨烯(xī)市場，但那家風(fēng)投能從幾百家(jiā)團隊中找到我(wo)，說明我們還是(shi)靠譜的🙇🏻。”魏飛笑(xiao)着說。

将視線拉(la)回國内，與魏飛(fei)團隊一直進行(hang)“産學研用”合作(zuò)的天奈科技可(kě)以說是一個科(ke)技成果産業化(huà)的成功樣🌈本。

“由(yóu)學校原創、研發(fā)，結合國内市場(chǎng)本土優勢，用企(qǐ)業💚的經營方式(shi)把原創概念做(zuo)成穩定量産的(de)産品，然後通過(guò)這☀️個産品改變(bian)中🏃🏻國在锂電池(chí)、動力電池的地(di)位，我認為這是(shi)一個很有借鑒(jian)和代表性的案(àn)例。”魏飛對其團(tuán)隊與天奈科技(jì)就碳納米管導(dǎo)電漿料的合作(zuò)總結道。

魏飛表(biǎo)示，在高端材料(liao)領域中國以前(qián)隻能是做一個(ge)産業股🈲東，先當(dāng)小弟弟，但天奈(nài)科技的成功改(gai)變了他對“高端(duan)材料一定要依(yi)賴國外大公司(si)或投資才能生(sheng)存”的看法。

從這(zhè)個案例中，魏飛(fēi)得出一個結論(lun)：國内某些新興(xing)産業發展的時(shí)候，研發者要能(neng)夠結合行業🚩的(de)痛點，要注意本(ben)土的優勢，這是(shi)很重要的“天時(shí)🛀地利🌈人和✌️”。

03

産業(ye)前瞻性技術亟(ji)待突破

魏飛及(jí)團隊在超長碳(tàn)納米管的研究(jiū)工作展示出了(le)制造纖維的光(guang)明前景，為發展(zhan)新型纖維指明(ming)了方向。這有助(zhu)于改進👨‍❤️‍👨目前🔴具(jù)有一定生産規(gui)模的材㊙️料，同時(shi)也為材料的大(da)量制備奠定基(ji)礎，未來有望在(zài)大飛機💯、大型運(yùn)載火箭、超級建(jian)築等多👄個領域(yu)大顯身手。

從2000年(nian)涉足碳納米管(guan)至今，魏飛已在(zai)這個行業深耕(geng)🏒20年，他見證了行(háng)業的發展、壯大(dà)，并時刻為其存(cún)在的問題擔憂(yōu)。

在魏飛看來，國(guó)内碳納米管行(hang)業在專利的數(shù)量上遠✌️超國外(wài)，但大部分産品(pǐn)的性能、穩定性(xing)比不上國外大(dà)公司🏃‍♂️生産的産(chan)品。再者，專利保(bǎo)護環境差，抄襲(xí)問題嚴🌐重。

“概括(kuo)來說就是專利(li)很多，但在核心(xin)領域的專利不(bu)㊙️如歐美強❗國，帶(dai)來的社會效益(yì)遠遠不可相比(bǐ)。”魏飛總結道，雖(sui)然碳納米管材(cai)料屬于戰略性(xing)新興材🏃‍♀️料㊙️，但國(guo)家層面并未出(chū)台相關的産業(yè)發展戰略性規(guī)劃。“國内一堆人(ren)湧上去做，但這(zhè)種行為更多的(de)是市場🍓的、短期(qi)的行為，覺得能(néng)賺到錢，所以大(da)家都往這個方(fang)向靠，一旦冷下(xià)來則無人問津(jin)💔，缺乏長遠🌂有規(guī)劃的研發。”

而在(zài)産品安全性的(de)提前規避方面(miàn)，國内更是一片(piàn)空白。

魏飛對《大(dà)國之材》表示，我(wǒ)國前期在高技(jì)術産品對人與(yǔ)社會的💋安全性(xing)是目前我們遇(yù)到的新問題，相(xiàng)關的研究及與(yu)社會的互動非(fēi)常缺乏，而中國(guó)的産業化進程(chéng)又十分迅速，很(hen)多問題沒有提(tí)前研究與布局(ju)做規❓避和公開(kāi)說明，國際上關(guān)于納米材料安(ān)全性的讨論熱(re)度不斷，但這隻(zhī)是一個很廣泛(fan)的概念，目前碳(tan)納米管在國内(nèi)外的😍使用非常(chang)廣泛，這更應該(gāi)由一個具有🔴公(gong)信力🏃的部門牽(qian)💁頭對安全性、合(he)規性做一些調(diào)研及說明。

進一(yī)步來說，碳納米(mǐ)管市場之所以(yi)還在野蠻發展(zhǎn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼階段，也是國♊家(jia)需求不足、高端(duan)市場牽引不夠(gòu)。對于追求科技(jì)創新和性♻️能突(tū)破的産品來說(shuō)，其發展可能與(yǔ)當前市場需求(qiu)是🌈不匹配的，但(dàn)作✔️為國家戰略(lue)❄️制高點，還是必(bì)須得☂️有人去做(zuò)。

“國家要在材料(liao)上強大，還有相(xiàng)當長的路要走(zǒu)，産業界🚶和教育(yu)界應該相通，要(yào)讓青少年就明(míng)白産業界的東(dōng)西是什麼。”魏飛(fēi)着重✏️強調，未來(lai)要更加看重對(duì)青少年的培養(yǎng)，因為隻有訓練(lian)一批有科研報(bao)國、産業報國理(li)想的人才，我💞們(men)國🛀🏻家的科技力(li)量才會更加強(qiang)大，下一代材料(liao)才有☀️可能被印(yin)⚽上“中國标☀️簽”。

【個(gè)人介紹】

魏飛，1984畢(bì)業于石油大學(xue)煉制系有機化(hua)工專業，1990年獲石(shi)油⛹🏻‍♀️大♋學有機化(hua)工博士學位。清(qing)華大學化學工(gōng)程系教授，綠色(sè)反應工程與工(gōng)藝北京市重點(diǎn)實驗室主任。中(zhong)國顆粒學會能(neng)源顆粒材料專(zhuan)業委員會主任(ren)，發表論文600餘篇(piān)，SCI他引4萬餘次，是(shì)湯森路😍透近四(sì)年✍️材料領域高(gāo)‼️被引科學家之(zhi)一，也是Elsevier化👨‍❤️‍👨工高(gāo)被引學㊙️者。獲教(jiāo)育部🍉“長江學者(zhe)”特聘教授、國家(jia)傑出青❤️年基金(jin)等。

目前已成功(gōng)實現氣固下行(hang)床催化裂化、納(nà)米聚團床批量(liang)生⛱️産碳納米管(guǎn)、高速湍動床甲(jia)醇制芳烴、苯胺(an)、氯乙烯🍓、丙烯腈(jing)、間苯二腈等30台(tai)新概念反應器(qì)産🐆業化，研🐆究成(chéng)果獲國家科技(ji)進步二等獎（2002年(nián)、2008年）、中石❗化科技(jì)進步一等獎、教(jiao)育部自然科學(xué)、技術發明一等(deng)獎。