小說《三(sān)體》中，主人公汪淼(miao)研發的武器——飛刃(ren)，既可以吊起一💞輛(liang)大卡車，又可以将(jiang)一艘巨輪切成“撲(pū)克牌”。據小說描述(shù)，飛刃是一種超高(gāo)強度的納米材料(liào)，直徑隻有頭發絲(si)☎️的百分之一。

雖然(ran)“吊卡車、切巨輪”的(de)場景隻有小說裡(lǐ)有，但現實中，科學(xue)家也研制出了類(lei)似的材料——碳納米(mǐ)管。碳納米管是一(yi)🧡種具💔有特殊結構(gòu)的一維量子材料(liao)，主要由呈六邊形(xing)排列的碳原子共(gong)價鍵構成同軸圓(yuán)管。

這種材料先從(cong)石墨電弧法制備(bèi)C60的産物中發現，1991 年(nián)，日本🏃‍♂️電子公司（NEC）的(de)電鏡專家飯島澄(cheng)男在石墨陰極上(shàng)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼碳沉積物中發(fā)現了納米尺度的(de)多層管狀物，并将(jiang)碳納米管投射照(zhao)片發表在Nature雜志上(shàng)。此後，在不到三十(shí)年時間裡，碳納米(mi)管的宏觀拉伸強(qiáng)度就達到了目前(qián)好碳纖維的十倍(bèi)，韌性達到了蜘蛛(zhū)絲的40倍，碳納米管(guan)受到了科學界的(de)廣泛關注。

2013年，清華(huá)大學教授魏飛團(tuan)隊成功研制出單(dan)根長達半米♌的碳(tan)納米管，并且創造(zao)了新的世界紀錄(lù)。

在魏飛的願景中(zhong)，碳納米管的未來(lai)就如同《科學美國(guo)人》雜⛷️志中提到的(de)場景：利用碳納米(mi)管制作一根太空(kōng)天梯，可以使人類(lei)沿着天梯直接從(cóng)地球通往太空。人(ren)類可以通過它向(xiàng)空間站運輸物資(zī)，甚至能随時到太(tai)空旅遊。

“國際學術(shu)會議20年前就讨論(lun)碳納米管是、超韌(rèn)的下一㊙️代材料。”魏(wei)飛在接受《大國之(zhī)材》采訪時表示，正(zheng)因如此🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，魏飛及其(qi)課題組在2000年左右(yòu)開始了碳納米管(guǎn)的研究工作。

接下(xià)來，魏飛希望将碳(tàn)納米管應用在下(xia)一代計算機芯片(pian)中☔，創造出更多的(de)奇迹。

01

“畢生奉獻”為(wéi)國家

“學識淵博術(shu)業精，立足展望皆(jiē)頂峰。隻因胸中抱(bào)負在，畢生奉獻為(wei)化工。”這是清華2009級(ji)直博生張如範寫(xie)給導師魏飛的詩(shī)句，也是對他在🌂清(qing)華大學近30年教學(xue)科研工作的好總(zong)結。

“我們高校就應(ying)該尋找新的方向(xiang)，為國家的未來發(fa)展起作用。”問及當(dang)初為何會選碳納(na)米管作為研究方(fang)向，魏飛表示，在他(tā)🔞看來解決國家和(he)社會問題是工科(kē)人的基本♻️想法。

事(shi)實上，将其學生的(de)詩句改為“畢生奉(feng)獻為國家”同樣合(hé)适。從事基礎研究(jiū)以來，魏飛及其團(tuán)隊就在時刻诠釋(shi)着“畢生奉獻👄為國(guó)家”這句話。

2000年前後(hòu)，魏飛結識了碳納(nà)米管的發現者飯(fàn)島澄男，曆經多🔱次(cì)思想碰撞後，魏飛(fei)确定了碳納米管(guan)的研究方向，并偏(pian)向以實際應用為(wei)主。“我們當時覺得(de)這個東西要是不(bu)🔴能實際應用，你做(zuò)它幹什麼？”

批量生(sheng)産是碳納米管從(cong)實驗室走向實際(jì)應用的重要一步(bù)。“在成功将碳納米(mi)管批量化生産後(hòu)，我們👉才發現找到(dào)的這個應用點是(shi)錯的，後來又調整(zheng)，想别的辦法。”

在多(duō)次調整、讨論、試驗(yàn)後，魏飛及團隊确(què)定了和一些電👉池(chí)企業的合作，嘗試(shi)将碳納米管作為(wei)儲能材料導電添(tian)加劑🎯加入到锂電(diàn)池的正級中。根據(jù)測試結果，添加了(le)碳納米管的锂電(diàn)池循環次數🍉增加(jia)㊙️30%-50%，能量密度提高8%。

這(zhe)一技術成果正好(hǎo)趕上了智能手機(ji)和電動汽車蓬勃(bo)發展♻️的時代，應用(yong)端的變化對锂電(dian)池的性能提出了(le)更高要求。“我🌈覺得(dé)這個事是占據了(le)天時地利人和，不(bú)是一個純技術的(de)成功，我們承認我(wo)們有技術上的優(you)勢，但是這個優勢(shì)能夠得到✂️發揮的(de)原因其實是跟🛀國(guo)家産業鍊🏃🏻‍♂️發展相(xiàng)關。”魏飛誠懇表示(shì)道。

順勢而為，魏飛(fēi)團隊與合作單位(wèi)一起成功創建了(le)世界大的千噸級(jí)碳納米管生産企(qǐ)業，實現了萬噸級(jí)锂電池導電漿料(liào)的産業化，廣泛應(ying)用于智能手機與(yǔ)電🏃‍♂️動車中。

02

打造科(ke)技成果産業化樣(yàng)本

其後，魏飛團隊(dui)又制備出世界上(shang)長的單根碳納米(mǐ)管和拉伸❓強度達(da)到到80GPa以上的超長(zhang)碳納米管管束。

在(zài)國家重點研發計(ji)劃“納米科技”重點(diǎn)專項的支持下🔱，2018年(nian)，魏飛團隊與同為(wéi)清華教授的李喜(xǐ)德團隊合作研究(jiū)，在碳納米管纖維(wei)🔞領域取得突破，在(zai)世界上首次報道(dao)了接近單根碳納(nà)米管理論強度的(de)超長碳納米管管(guan)束的制備。

2007年前後(hou)，魏飛及團隊與杜(du)邦、GE合作，成功進行(hang)了百公斤級的工(gong)業試驗樣品測試(shi)。也正因如此，他們(men)吸引了海外風投(tóu)的注意力。

“當時美(měi)國研究碳納米管(guan)的團隊、企業很多(duo)，市場的🏒熱鬧程度(dù)不亞于前幾年中(zhōng)國的石墨烯市場(chǎng)，但那家風投能從(cóng)幾百家團隊中找(zhǎo)到我，說明我們還(hai)是靠譜的。”魏飛笑(xiao)着說。

将視線拉回(hui)國内，與魏飛團隊(dui)一直進行“産學研(yán)用✊”合作的🌏天奈科(kē)技可以說是一個(ge)科技成果産業化(hua)的成功樣本。

“由學(xue)校原創、研發，結合(hé)國内市場本土優(you)勢，用企業的經營(yíng)方式把原創概念(nian)做成穩定量産的(de)産品，然後通過這(zhè)個産品改變中國(guó)在锂電池、動力電(diàn)池的地位，我認為(wéi)這是一個很有借(jiè)鑒和代表性的案(an)例。”魏飛對其團隊(duì)與天奈科技就碳(tàn)納米管導電漿料(liào)的🔞合作總結道。

魏(wei)飛表示，在高端材(cai)料領域中國以前(qian)隻能是做一個産(chan)業股東，先當小弟(di)弟，但天奈科技的(de)成功改變了他對(dui)“高端材✉️料一定要(yao)🌈依賴國外大公司(sī)或投資才能生存(cun)”的看法。

從這個案(an)例中，魏飛得出一(yi)個結論：國内某些(xie)新興産業發展的(de)時候，研發者要能(néng)夠結合行業的🍓痛(tong)點，要注意本土的(de)優勢，這是很重要(yao)的“天時地利人和(he)”。

03

産業前瞻性技術(shù)亟待突破

魏飛及(ji)團隊在超長碳納(nà)米管的研究工作(zuo)展示出了制造纖(xiān)維🔞的光明前景，為(wei)發展新型纖維指(zhi)明了方向🆚。這有助(zhù)于💃🏻改進目前具有(you)一定生産規模的(de)材料，同時也為材(cái)料的大✔️量制備奠(dian)定基礎，未來有望(wàng)在大飛機☂️、大型運(yùn)載💰火箭、超級建築(zhu)等多📐個領域大顯(xian)身手。

從2000年涉足碳(tàn)納米管至今，魏飛(fei)已在這個行業深(shēn)耕20年，他🙇🏻見證了行(háng)業的發展、壯大，并(bìng)時刻為其存在的(de)問題擔憂。

在魏飛(fei)看來，國内碳納米(mǐ)管行業在專利的(de)數量上遠超國外(wài)，但大部分産品的(de)性能、穩定性比不(bú)上國外大⁉️公司㊙️生(sheng)産的産品。再💃🏻者，專(zhuan)利保護環境差，抄(chāo)襲問題嚴重。

“概括(kuo)來說就是專利很(hěn)多，但在核心領域(yu)的專利不🚶如歐美(měi)強國，帶來的社會(huì)效益遠遠不可相(xiàng)比。”魏飛總結道，雖(suī)然碳納米管材料(liào)屬于戰略性新興(xìng)材料，但國家層面(miàn)并未出台相關的(de)産業發展戰略性(xìng)規🔞劃。“國内一堆人(rén)湧上去做，但這種(zhong)行為更多的📧是市(shi)場🔆的、短期的行為(wéi)💔，覺得能賺到錢，所(suǒ)以大家都往這個(gè)方💁向靠，一旦冷下(xia)來則無人問津，缺(quē)乏長遠⭐有規劃的(de)研發。”

而在産品安(an)全性的提前規避(bì)方面，國内更是一(yi)片空🌍白。

魏飛對《大(dà)國之材》表示，我國(guó)前期在高技術産(chan)品對人與社會🈲的(de)安全性是目前我(wǒ)們遇到的新問題(ti)，相☎️關的研究㊙️及與(yu)🌈社會的互動非常(cháng)缺乏，而中國的産(chǎn)業化進☂️程又十分(fèn)迅速，很多問題沒(mei)有提前研究與💚布(bù)局做規避和公開(kāi)說明，國際上關于(yú)納米材料安全性(xìng)的讨論熱度不斷(duan)，但這隻是一個很(hěn)廣泛的概☂️念，目前(qián)碳納米👄管在國内(nei)外的使用非常廣(guǎng)泛，這更🔴應該由一(yi)個具有公信力的(de)部門牽頭對安全(quan)性、合規🔴性做一些(xie)調研及說明。

進一(yī)步來說，碳納米管(guǎn)市場之所以還在(zài)野蠻發展階段，也(yě)是🌈國家需求不足(zu)、高端市場牽引不(bú)夠。對于追求科技(jì)創新和性♻️能突破(pò)的産品來說，其發(fa)展可㊙️能與當前市(shi)場需求是🤞不匹配(pèi)的，但作為國家戰(zhàn)略制高點，還♻️是必(bi)須得有人去做。

“國(guo)家要在材料上強(qiáng)大，還有相當長的(de)路要走，産業界和(hé)教❓育界應該相通(tōng)，要讓青少年就明(míng)白産業界的東🛀🏻西(xī)是什麼。”魏飛着重(zhòng)強調，未來要更加(jiā)看重對青少年的(de)培養，因為隻有訓(xùn)練一批有科研報(bao)國、産業報國理想(xiǎng)的人才，我們國家(jia)的科技力量才會(huì)更加強大，下一代(dài)材料才有👅可能被(bèi)印上“中國标簽”。

【個(gè)人介紹】

魏飛，1984畢業(yè)于石油大學煉制(zhi)系有機化工專業(ye)，1990年獲🤟石油大學有(yǒu)機化工博士學位(wèi)。清華大學化學工(gōng)程🔅系教授，綠色反(fǎn)應工程與工藝北(bei)京市重點實驗室(shi)主任。中國顆粒學(xué)會能✏️源顆粒材料(liao)專業委員會主任(rèn)，發表論文600餘篇，SCI他(tā)引4萬餘次，是湯森(sēn)路透近四年☀️材料(liao)領域高被引科學(xué)家🥰之一，也是Elsevier化🌍工(gong)高被引學者。獲教(jiāo)育部“長江學者”特(te)聘教授、國家傑出(chu)青😄年基金等。

目前(qian)已成功實現氣固(gu)下行床催化裂化(huà)、納米聚團床批量(liàng)生産碳納米管、高(gao)速湍動床甲醇制(zhì)芳烴、苯胺、氯乙烯(xī)、丙烯腈、間苯二🤞腈(jīng)等30台新概念反應(ying)器産🌈業化，研究成(cheng)果獲國家科技進(jin)步二等獎（2002年、2008年）、中(zhong)石化科技進步一(yī)等獎、教育部自然(rán)科學、技術發明一(yī)等獎。