1米长的这种碳纤维能拉动200公斤重物

T1000碳纤维。

碳纤维生产现场。

　　科幻小说《三体》中描述过这样一个画面，一根纳米级超强材料“飞刃”将一艘地球战舰“审判日号”轻松切割为许多“薄片”。如今，科幻小说中描绘的画面正渐渐变为现实。中国科学院山西煤炭化学研究所磨剑数十年，最近与有关单位联合打造出具有完全自主知识产权的T1000级高性能碳纤维，这是应用性能类似“飞刃”的超强材料。现实版“飞刃”是如何造出来的？又将撑起哪些硬核未来？

T1000级碳纤维堪称“地表超强材料”

　　碳纤维，强度远超钢铁，重量轻如羽翼，被誉为“黑色黄金”与“新材料之王”，是高性能、轻量化复合材料结构件的优选之材，其研制涉及多个学科，是一项流程长、难度大、成本高的系统工程。
　　T1000级碳纤维具备高强度、轻量化、耐高低温、耐腐蚀、耐摩擦、导热导电性良好等核心优势，堪称“地表超强材料”，广泛应用于国防军工、航空航天、轨道交通、低空经济等领域，对保障国家战略物资安全具有重要意义。
　　中国科学院山西煤炭化学研究所正高级工程师、技术研发负责人经德齐介绍，2005年前后，一些国家加紧对我国实施碳纤维技术封锁和产品禁运，导致我国高端领域使用碳纤维陷入“断粮”境地。
　　彼时，T300是日本东丽公司研发的碳纤维牌号，T代表拉伸强度，后面的数字越大，碳纤维的力学性能指标就越高。横截面1平方毫米的T300碳纤维，可以吊起重约百公斤的物体。这样的性能，让它成为大国重器的关键支撑。
　　碳纤维的“轻”承载的是技术突围的“重”。我国自20世纪70年代开展相关领域研究，一代代人扎根山西煤化所，从零起步、摸着石头过河。
　　T700、T800等牌号的碳纤维逐步实现量产，高性能碳纤维需求量快速增长，国产化占比逐年提升……2016年，研究团队决定向更高难度的技术发起挑战。
　　完成湿法T300、T700、T800碳纤维研制任务，瞄准第二代碳纤维技术——干喷湿法碳纤维技术研发，在基础原理、核心工艺、国产化设备方面持续发力……8年多时间，团队绞尽脑汁进行研究方案设计与论证，历经多次研讨交流，终于在竞争激烈的碳纤维市场里走出一条独特的高端化发展路线。

抗拉强度是钢材料的七至八倍

　　T1000级高性能碳纤维这种“地表超强材料”，目前已实现量产。它每一股约有12000根单丝，单丝直径不到头发丝的十分之一，抗拉强度却极高。1米长的碳纤维只有0.5克重，抗拉强度超6600兆帕，能拉动约200公斤的重物也不会断，是钢材料的7至8倍。
　　那么T1000级高性能碳纤维是如何造出来的？在制造过程中，通过化合物聚合，运用干喷湿法工艺，形成一束原丝。这束原丝外观像生活中常见的透明胶条，但它包含4000根原丝，两到三束拧成一股，每股约有12000根原丝。“神力”形成的原因，除了诞生之初的聚合，还有用化学反应在原子层面编织出精妙的强韧网络——白色的丝束被送进1000℃至1500℃的高温炉，分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离，最后只留下高纯度的碳原子。
　　生活中最常见的石墨铅笔芯和T1000碳纤维，都由碳原子构成，但石墨铅笔芯一掰就碎，而T1000碳纤维成束后却能拉动汽车。这天差地别的根源，就在看不见的原子“编织”方式里。在微观纺织过程中，碳原子会连接成一张极其坚固的六边形网——石墨烯片层。这种网本身非常坚固，但如果无数张这样的网只是简单地堆叠在一起，就会像一摞扑克牌，轻轻一推就散开。石墨铅笔芯就是这种微观结构，一掰就断。而碳纤维的“纺织”工艺要精妙得多，它就像是用分子胶水，把每一层都不规则地牢牢黏合在一起，再整体压实，最终形成一个既有纵向纤维、又有横向锁死的超级立体网络。所以，当拉扯这根碳纤维时，力量会沿着数以亿计的碳原子网均匀分散。
　　如今，这种被称为“黑色黄金”的“地表超强材料”正走出实验室，成为航空航天、新能源、高端装备等国家战略性产业不可或缺的“核心骨架”。
　　“核心技术靠化缘是要不来的，必须靠自力更生。”中国科学院山西煤炭化学研究所党委书记蔡长塔表示，此次成功投产，标志着我国在高性能碳纤维领域实现了从“跟跑”到“并跑”的重要跨越。它不仅助力填补国内高端产能的空白，更为航空航天、新能源、低空经济等领域提供了自主可控的材料基石。
　　华西都市报-封面新闻记者车家竹
　　综合新华社等图据中国科学院山西煤炭化学研究所