小(xiao)說《三體》中，主人(ren)公汪淼研發的(de)武器——飛刃，既可(ke)以吊起一輛大(dà)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(xiǎo)說裡有，但現實(shi)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(yī)⛹🏻‍♀️種具有特⛹🏻‍♀️殊結(jie)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(jian)構成同軸圓管(guan)。

這種材料先從(cóng)石墨電弧法制(zhì)備C60的産物中發(fā)現，1991 年，日本電🔞子(zi)公司（NEC）的電鏡專(zhuan)家飯島澄男在(zai)石墨陰極上的(de)碳沉積物中發(fā)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(hou)，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(shòu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻到了科學界的(de)㊙️廣泛關注。

2013年，清(qīng)華大學教授魏(wei)飛團隊成功研(yán)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(kē)學美國人》雜志(zhì)🔱中提到的場景(jǐng)：利用碳納米管(guan)制作一根太空(kong)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(yǐ)通過它向空間(jiān)站運輸物資，甚(shèn)至能随時到太(tài)空旅遊。

“國際學(xue)術會議20年前就(jiu)讨論碳納米管(guan)是、超韌的下一(yī)代材料。”魏飛在(zài)接受《大國之材(cai)》采訪時表示，正(zhèng)因如此，魏飛及(ji)其課題組在2000年(nian)左右開始了碳(tan)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(gèng)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(ding)峰。隻因胸中抱(bao)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(shi)魏飛的詩句，也(ye)是對他在清華(hua)大學近30年教學(xué)科研工作的好(hao)總結。

“我們高校(xiao)就應該尋找新(xin)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(jiu)方向，魏飛表示(shi)，在他看來解決(jue)國家和社會問(wen)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(jī)礎研究以來，魏(wèi)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(nan)♊，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(bing)偏向💁以實🌈際應(ying)用為主。“我們當(dang)時覺得這📐個東(dong)西要是不能實(shi)際應用，你做它(tā)幹什麼？”

批量生(shēng)産是碳納米管(guǎn)從實驗室走向(xiang)實際應用的⁉️重(zhong)⛹🏻‍♀️要一步。“在成功(gōng)将碳納米管批(pī)量化生産後，我(wo)們才發現找到(dao)的這個❄️應用點(diǎn)是錯的，後來又(yòu)調整，想别的辦(bàn)♻️法。”

在多次調整(zhěng)、讨論、試驗後，魏(wei)飛及團隊确定(ding)了和一🚶些電池(chi)企業的合作，嘗(cháng)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(cè)試結果，添加了(le)碳納米管的锂(li)電池循環次數(shù)增加30%-50%，能🏃🏻‍♂️量⭐密度(du)提高8%。

這一技術(shù)成果正好趕上(shàng)了智能手機和(he)電動汽車蓬勃(bo)🥵發展的✏️時代，應(yīng)用端的變化對(duì)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(bú)是一個純技術(shu)的成功，我們承(chéng)認我們有技術(shu)上的優勢，但是(shi)這個優勢能夠(gou)得到發揮的原(yuan)🌂因其實是跟國(guo)家産業鍊發展(zhǎn)相關。”魏飛誠懇(kěn)表示道。

順勢而(ér)為，魏飛團隊與(yu)合作單位一起(qi)成功創建了世(shì)界大的千噸級(ji)碳納米管生産(chǎn)企業，實現了萬(wan)噸級锂電池導(dao)電漿料🛀🏻的産業(ye)化，廣泛應用于(yu)智能手機與電(dian)動車中。

02

打造科(ke)技成果産業化(hua)樣本

其後，魏飛(fei)團隊又制備出(chu)世界上長的單(dan)根碳納米🔴管和(hé)拉伸強⚽度達到(dao)到80GPa以上的超長(zhang)碳納米管管束(shù)。

在國家重點研(yán)發計劃“納米科(kē)技”重點專項的(de)支持下，2018年，魏飛(fēi)團💘隊與同為清(qīng)華教授的李喜(xi)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(shang)首次報道了接(jie)近單根💔碳納米(mi)💃🏻管理論強度的(de)超長碳納米管(guǎn)管束的制備。

2007年(nian)前後，魏飛及團(tuan)隊與杜邦、GE合作(zuò)，成功進行了百(bai)公斤🙇‍♀️級的工業(ye)❓試驗樣品測試(shì)。也正因如此，他(ta)們吸引了海外(wai)風投的注意🐉力(li)。

“當時美國研究(jiu)碳納米管的團(tuan)隊、企業很多，市(shì)場的熱♈鬧程度(dù)不亞于前幾年(nian)中國的石墨烯(xi)市場，但那家風(fēng)投能從幾百家(jia)團隊中找到我(wǒ)，說明我們還是(shi)靠譜的。”魏飛笑(xiào)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(zuo)的天奈♉科技可(kě)以說是一個科(ke)技成果産業化(hua)🌈的成功樣本。

“由(you)學校原創、研發(fā)，結合國内市場(chang)本土優勢，用企(qǐ)業的經營方式(shì)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(chi)、動力電池的地(di)位，我認為這是(shi)一個很有借鑒(jiàn)和代表性的案(àn)例。”魏飛對其團(tuan)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(biao)示，在高端材料(liào)領域中國以前(qián)隻能是做一個(gè)🎯産業股東，先當(dang)小弟弟，但天奈(nai)科技的成功改(gai)變🔞了他對“高端(duān)材🔞料一定要依(yi)賴國外大公司(sī)或投資🐇才能生(sheng)存”的看法。

從這(zhe)個案例中，魏飛(fēi)得出一個結論(lùn)：國内某些新興(xing)産業發展的時(shi)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(yè)前瞻性技術亟(jí)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(guāng)明前景，為發展(zhan)新型纖維指明(míng)了方向。這有助(zhu)于改進目前具(ju)有一定生産規(guī)模的材料，同時(shí)也為材料的大(da)量制備奠定基(jī)礎，未來有望在(zài)大飛機✌️、大型運(yun)載火箭、超級📞建(jiàn)築等多個領域(yù)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(gēng)20年，他見證了行(hang)業的發展、壯大(dà)，并時刻為其存(cun)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(wai)🐪，但大部分産品(pin)的性能、穩定性(xing)比不上國外大(dà)公司生産的産(chǎn)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(xīn)領域的專利不(bu)如🧡歐美🚩強國，帶(dai)來的社會效益(yi)遠遠不可相比(bi)。”魏飛總結道，雖(suī)然碳納米管材(cái)料屬于戰略性(xing)新興材料，但國(guó)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(zhe)種行為更多的(de)是市場的、短期(qi)的行為，覺得能(neng)賺到錢，所以大(dà)家都往這個方(fang)向靠，一旦💜冷下(xia)來則無人問津(jīn)，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(mian)，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(yu)🏃社會的安全性(xìng)是目前我們遇(yù)到的新問題，相(xiang)㊙️關的☂️研究及與(yu)社會⭐的互🌈動非(fei)常缺乏，而中國(guó)的産業化進程(chéng)又十🈲分迅速，很(hěn)多問題沒有提(tí)前研究與布局(jú)做規避和公開(kai)㊙️說明，國際上關(guan)于納米材料安(an)全性的讨論熱(rè)度不斷，但這隻(zhi)是一個很廣泛(fàn)的概念，目前碳(tàn)納⛹🏻‍♀️米管在國内(nei)外的使用非常(cháng)廣泛，這更應該(gai)由一個具有公(gong)信力的部門牽(qiān)頭對安全性、合(he)規🚶‍♀️性做一些調(diào)研及說明。

進一(yi)步來說，碳納米(mǐ)管市場之所以(yǐ)還在野蠻發展(zhǎn)階段，也是國家(jiā)需求不足、高端(duān)市場牽引不夠(gòu)。對于追求🏃‍♀️科技(jì)🈚創新和性能突(tu)破的産品來說(shuo)，其發展可📐能與(yu)當👅前市場需求(qiu)是不匹配的，但(dan)作為國家戰略(lue)🐅制高點，還♈是必(bi)須得有人去做(zuo)。

“國家要在材料(liao)上強大，還有相(xiàng)當長的路要走(zou)，産業界和教育(yù)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(lái)要更加看重對(dui)青少年的培養(yang)，因為隻有訓練(liàn)一批有科研報(bào)國、産業報國理(lǐ)想的人才，我們(men)國家的㊙️科技力(lì)量才會更加強(qiang)大，下一代材料(liào)🔅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(xué)煉制系有機化(hua)工專業，1990年獲🌂石(shí)🔴油大學🥵有機化(huà)工博士學位。清(qīng)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(dian)實驗室主任。中(zhōng)👉國顆粒學會能(néng)源顆粒材料專(zhuan)業委員會主任(ren)，發表論文600餘篇(pian)，SCI他引4萬餘次🌍，是(shi)湯森路透近四(sì)年材料領域高(gao)被引科學家之(zhī)一，也是Elsevier化工高(gāo)被引學者。獲教(jiao)育部“長江學者(zhě)”特聘教授、國家(jiā)傑出青年基金(jīn)等。

目前已成功(gōng)實現氣固下行(háng)床催化裂化、納(na)米聚團床批量(liang)生産碳納米管(guǎn)、高速湍動床甲(jiǎ)醇制芳烴、苯‼️胺(an)、氯乙烯❗、丙烯腈(jīng)、間苯二腈等30台(tái)新概念反應器(qi)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(xue)、技術發明一等(děng)獎。