小說《三(sān)體》中，主人(rén)公汪淼研(yan)發的武器(qì)——飛刃，既可(kě)以吊起一(yi)輛大卡車(che)，又可以将(jiang)一艘巨輪(lún)切成“撲克(kè)牌”。據小說(shuo)描述，飛刃(ren)是一種超(chao)高強度的(de)納米材料(liao)，直徑隻有(you)頭發絲的(de)百分之一(yi)。

雖然“吊卡(ka)車、切巨輪(lún)”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(nà)米管。碳納(nà)米管是一(yī)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(cheng)同軸圓管(guǎn)。

這種材料(liào)先從石墨(mo)電弧法制(zhi)備C60的産物(wù)中發現，1991 年(nián)，日🌈本電子(zǐ)公司（NEC）的電(diàn)鏡專家飯(fàn)島澄男在(zai)石墨陰極(ji)上的碳沉(chen)😍積物中發(fa)現了♻️納米(mi)尺度的多(duo)層管狀物(wù)，并将碳👈納(nà)米管投射(she)照片發表(biao)🌈在Nature雜志上(shang)。此後，在不(bú)到三十年(nián)時間裡，碳(tan)納米管的(de)宏觀拉伸(shēn)強度就達(da)到了目前(qian)好碳纖維(wéi)的十倍，韌(rèn)性達到了(le)蜘蛛絲的(de)40倍，碳納米(mi)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(dá)半米的碳(tàn)納米管，并(bing)且創造了(le)新的世界(jie)紀錄。

在魏(wei)飛的願景(jing)中，碳納米(mǐ)管的未來(lai)就如同《科(ke)學美國人(rén)》雜❓志中提(tí)到的場景(jing)：利用碳納(nà)米管制作(zuò)一根太空(kong)天梯，可以(yǐ)使人類沿(yan)着天梯直(zhí)接從地球(qiú)通往太空(kōng)。人✏️類可以(yi)通過它向(xiàng)空間站運(yùn)輸物資，甚(shèn)至能随時(shí)到太空旅(lü)遊。

“國際學(xué)術會議20年(nián)前就讨論(lun)碳納米管(guan)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(shi)了碳納米(mi)管的研究(jiū)工作。

接下(xia)來，魏飛希(xī)望将碳納(na)米管應用(yong)在下一代(dài)計算機🈚芯(xin)片🥵中🐇，創造(zao)出更多的(de)奇迹。

01

“畢生(shēng)奉獻”為國(guo)家

“學識淵(yuan)博術業精(jing)，立足展望(wang)皆頂峰。隻(zhī)因胸中抱(bào)負在，畢生(shēng)奉獻為化(huà)工。”這是清(qīng)華2009級直博(bó)生張如範(fan)寫給導師(shī)魏飛的詩(shī)句，也是對(dui)他在清華(hua)大學近30年(nián)教學科研(yan)工作的好(hǎo)總結。

“我們(men)高校就應(ying)該尋找新(xīn)的方向，為(wéi)國家的未(wei)來發展☎️起(qǐ)作用。”問及(jí)當初為何(he)會選碳納(nà)米管作為(wéi)研究方向(xiang)，魏飛🈲表🛀示(shi)，在他看來(lai)解決國家(jiā)和社會問(wen)題是工科(ke)人的基本(běn)👨‍❤️‍👨想法。

事實(shi)上，将其學(xué)生的詩句(jù)改為“畢生(shēng)奉獻為國(guó)家”同📱樣合(he)适。從事基(jī)礎研究以(yi)來，魏飛及(ji)其團隊就(jiu)在時刻诠(quan)釋着“畢生(sheng)奉獻為國(guo)家”這句話(huà)。

2000年前後，魏(wèi)飛結識了(le)碳納米管(guan)的發現者(zhě)飯島澄男(nán)，曆經🈲多次(cì)思想碰撞(zhuàng)後，魏飛确(què)定了碳納(nà)米管的研(yan)究方向，并(bìng)偏向以實(shi)際應用為(wei)主。“我們當(dāng)時覺得這(zhe)個東西要(yào)是不能實(shí)際應用，你(ni)做它幹🌐什(shí)麼？”

批量生(sheng)産是碳納(nà)米管從實(shi)驗室走向(xiàng)實際應用(yòng)的重要一(yī)步。“在成功(gōng)将碳納米(mi)管批量化(hua)生産後，我(wo)們才發現(xiàn)找到的這(zhè)個應用點(dian)是錯的，後(hou)來又調整(zhěng)，想🔱别的辦(bàn)❄️法。”

在多次(ci)調整、讨論(lun)、試驗後，魏(wei)飛及團隊(duì)确定了和(he)一些電池(chi)企業的合(he)作，嘗試将(jiāng)碳納米管(guǎn)作為儲能(neng)材💘料導電(dian)添🐕加劑加(jiā)入到锂電(diàn)池的正級(jí)中。根據測(ce)試結果，添(tian)加了碳納(na)米管的锂(lǐ)電池循環(huan)次數增加(jia)30%-50%，能量♈密度(du)提高8%。

這一(yī)技術成果(guo)正好趕上(shàng)了智能手(shǒu)機和電動(dòng)汽車🐇蓬勃(bó)發❗展的時(shí)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(dé)這個事是(shi)占據了天(tiān)時地利人(ren)和，不是一(yi)個純技術(shù)的成功，我(wǒ)們承認我(wo)們有技術(shu)上的優勢(shì)，但是這個(gè)優勢🙇🏻能夠(gou)得到發揮(hui)的原🆚因其(qí)實是跟國(guo)家産業鍊(lian)發展相關(guān)。”魏飛誠懇(ken)表示道。

順(shùn)勢而為，魏(wèi)飛團隊與(yu)合作單位(wei)一起成功(gong)創建了世(shì)界大的千(qiān)噸級碳納(nà)米管生産(chan)企業，實現(xian)了萬噸級(jí)锂電池導(dǎo)電漿料的(de)産業化，廣(guǎng)泛應用于(yu)智能手機(ji)與電動車(che)中。

02

打造科(ke)技成果産(chan)業化樣本(ben)

其後，魏飛(fēi)團隊又制(zhi)備出世界(jie)上長的單(dan)根碳納米(mǐ)管和拉伸(shen)強🐪度達到(dao)到80GPa以上的(de)超長碳納(na)米管管束(shù)。

在國家重(zhong)點研發計(ji)劃“納米科(ke)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(jiāo)授的李喜(xǐ)德團隊合(he)作研究，在(zài)🐆碳納米管(guan)纖維領域(yu)取得突破(pò)，在世界上(shàng)💞首次報👉道(dào)了接🤞近單(dan)根碳納米(mǐ)管理論強(qiang)度的超長(zhǎng)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(bang)、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(xī)引了海外(wài)風投的注(zhu)意力。

“當時(shí)美國研究(jiū)碳納米管(guǎn)的團隊、企(qǐ)業很多，市(shi)場的熱鬧(nào)程度不亞(yà)于前幾年(nian)中國的石(shí)墨烯市場(chǎng)，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(pǔ)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(xue)研用”合作(zuò)的天奈科(kē)技可以說(shuo)是一個科(ke)技成果産(chan)業化的成(cheng)功樣本。

“由(yóu)學校原創(chuàng)、研發，結合(he)國内市場(chang)本土優勢(shì)，用企業🏃的(de)經營方式(shì)把原創概(gai)念做成穩(wen)定量産的(de)産品，然後(hòu)通過這🚩個(gè)産品改變(bian)中國在锂(lǐ)電池、動力(li)電池的🥰地(di)位，我認為(wei)這是一個(gè)很有借鑒(jiàn)和代表性(xing)的案例。”魏(wèi)飛對其團(tuan)隊與天奈(nai)科技就碳(tan)納米管導(dao)電漿料的(de)合作總結(jié)道。

魏飛表(biao)示，在高端(duan)材料領域(yù)中國以前(qián)隻能是做(zuò)一個産業(yè)股東，先當(dāng)小弟弟，但(dàn)天奈科技(ji)的成功改(gǎi)變了他對(duì)“高端材料(liào)一定要依(yī)賴國外大(da)公司或投(tou)資才能生(sheng)存”的看🌐法(fa)。

從這個案(àn)例中，魏飛(fei)得出一個(ge)結論：國内(nei)某些新興(xìng)産業發展(zhan)的時候，研(yán)發者要能(neng)夠結合行(háng)業的痛點(dian)，要注意本(ben)土的優勢(shì)，這是很重(zhòng)要的“天時(shi)地利✊人和(he)”。

03

産業前瞻(zhān)性技術亟(jí)待突破

魏(wèi)飛及團隊(dui)在超長碳(tan)納米管的(de)研究工作(zuò)展示出了(le)制造💋纖維(wei)的光明前(qian)景，為發展(zhan)新型纖維(wei)指明了方(fang)向。這有助(zhu)于改進目(mu)前具有一(yī)定生産規(gui)模的材料(liào)，同時👣也為(wei)材料的大(dà)量制備奠(dian)定基🐉礎，未(wei)來有望在(zai)大飛機、大(dà)型運載火(huo)箭、超級✔️建(jiàn)築等多個(ge)領域大顯(xiǎn)身手。

從2000年(nian)涉足碳納(na)米管至今(jīn)，魏飛已在(zài)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(shí)刻為其存(cun)在的問題(tí)擔憂。

在魏(wèi)飛看來，國(guo)内碳納米(mǐ)管行業在(zai)專利的數(shù)量上⚽遠超(chao)💃國外，但大(dà)部分産品(pin)的性能、穩(wen)定性比不(bu)上國外大(dà)😄公司生産(chan)的産品。再(zài)者，專利保(bao)護環境差(cha)，抄襲👅問題(ti)嚴重。

“概括(kuò)來說就是(shì)專利很多(duo)，但在核心(xīn)領域的專(zhuān)利不如歐(ou)美🔆強國，帶(dài)來的社會(hui)效益遠遠(yuǎn)不可相比(bi)。”魏飛總結(jié)道，雖然碳(tan)納米管材(cai)料屬于戰(zhàn)略性新興(xing)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(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(háng)為，覺得能(neng)賺到錢，所(suǒ)以大家都(dōu)往這個方(fang)向靠，一旦(dàn)冷下來則(zé)無人問津(jīn)，缺乏長遠(yuan)🏃有規劃的(de)研發。”

而在(zài)産品安全(quan)性的提前(qián)規避方面(miàn)，國内更是(shi)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(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(chǎn)業化進程(cheng)又十分迅(xùn)速，很多問(wèn)題沒有提(tí)前研究與(yu)🈲布局做規(guī)避和公開(kai)說明，國際(jì)上關于納(na)💘米材料安(ān)全性的讨(tao)論熱度不(bu)斷，但這隻(zhī)是一個很(hen)廣泛的概(gai)⁉️念，目前碳(tan)納米管在(zài)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(duì)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(shì)場之所以(yǐ)還在野蠻(man)發展階段(duàn)，也是國✨家(jiā)需求不足(zú)、高端市場(chǎng)牽引不夠(gòu)。對于追求(qiú)科技創新(xīn)和性♋能突(tū)破的産品(pǐn)來說，其發(fā)展可能與(yǔ)當♈前市場(chang)需求是不(bu)匹配的，但(dan)作為國家(jiā)戰略制高(gao)點，還是必(bi)須得有人(rén)去做。

“國家(jiā)要在材料(liao)上強大，還(hái)有相當長(zhǎng)的路要走(zǒu)，産業🌏界⁉️和(he)🔆教育界應(ying)該相通，要(yao)讓青少年(nián)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(shao)年的培養(yǎng)🚶‍♀️，因為隻有(you)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(cai)會更加強(qiáng)大，下一代(dài)材料才有(yǒu)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(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(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(yan)室主任。中(zhōng)國顆粒學(xue)會能源顆(kē)粒材料專(zhuan)業委員會(huì)主㊙️任，發表(biao)論文600餘篇(piān)，SCI他☂️引4萬餘(yú)次，是湯森(sēn)路🔞透近四(si)年材料領(lǐng)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(jiā)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(na)米聚團床(chuang)🔞批量生産(chǎn)碳納米管(guan)、高速湍動(dong)床甲醇制(zhi)芳烴、苯胺(àn)、氯乙烯、丙(bǐng)烯腈、間苯(běn)二腈等30台(tái)新概念反(fan)應器産業(yè)化，研究成(chéng)果獲國家(jia)科技進✔️步(bù)二等獎（2002年(nián)、2008年）、中石化(hua)科技進🧑🏽‍🤝‍🧑🏻步(bù)一等獎💚、教(jiāo)育部自然(rán)科學、技術(shu)發明一🥵等(deng)獎。