锻造中国版“黑色黄金”(1)

作为军民两用新材料，碳纤维被誉为21世纪的“黑色黄金”，被我国列为国防航空科技发展的重点研究对象。然而，其制备关键技术被美国、日本等发达国家长期垄断，我国长期处于跟随的尴尬境地。

前不久，海归创业团队烯湾科技宣布，其研发出的碳纳米纤维管不仅在性能上超越已有的高性能碳纤维，而且其制备成本将远低于传统碳纤维。在不久的将来，碳纳米纤维管有望大规模取代碳纤维，助力我国在这一领域实现“弯道超车”。

新材料中的重中之重

相较普通纤维，碳纤维是由有机固体高分子纤维在1000℃至3000℃的高温、惰性气体环境下，高温分解、石墨化而成的含碳量90%以上的纤维。其力学、化学、电学等性能优异，是国民经济与国防建设不可缺少的战略性新兴材料。

碳纳米管被称为终极纤维，是由单层石墨同轴缠绕成管(单壁碳纳米管)或由单壁碳纳米管沿同轴层层套构而成的管状物(多壁碳纳米管)。碳纳米管直径一般在一到几十纳米之间，长度则远大于其直径，具有许多超常的物理性能(力学、电学、热学)和化学性能，是一维碳纳米材料。作为人类迄今为止发现的力学性能最好材料，碳纳米管有着极高的拉伸强度、杨氏模量和断裂应变。

碳纳米管纤维是把千千万万单根纳米管扭拧在一起的宏观纤维，具有轻质、高强、多功能性的特点，是新一代特种纤维材料，对高端科技发展具有重大战略意义。学界普遍认为，碳纳米管纤维作为下一代新型高强度纤维材料，可以应用于许多对材料强度要求较高的领域，特别是航空航天领域。

碳纳米管纤维强化的先进纳米复合材料具有质量轻、强度高、弹性模量高的特点。同等强度下碳纤维复合材料的重量仅为铝合金的七分之一，性能超过目前航空航天上用由碳纤维制造的复合材料，其不仅在民用领域应用场景广泛，对于武器装备性能提升同样贡献巨大，已被广泛用于制造航空器机体及发动机、导弹外壳等领域。

以航空航天用复合材料为例，随着飞行器各项功能不断提高和石油燃料价格不断上涨，在航空飞机的主要结构件上，碳纤维强化复合材料的比重越来越大，对材料的力学性能的要求也越来越高。

在高端汽车领域中，碳纤维复合材料的使用亦已形成趋势。值得一提的是，碳纤维复合材料将轻量化与高强度、高安全性相结合，可以极大地提升驾驶体验。如果将碳纤维复合材料应用扩展到普通汽车领域，可以极大地降低能源消耗，减少环境污染。

除了航空航天和汽车领域，碳纤维复合材料还可用于风力发电、燃料电池、电池及超级电容器等新能源和民用器械领域。随着下一代能源领域不断拓展，民用碳纤维的需求比重将会越来越大。

打破国外垄断势在必行

出于种种原因，我国碳纤维行业长期受到技术封锁和产品禁运以及价格打压。目前，国内企业只能生产低等级碳纤维，制造规模也很小，无法有效保证产品的一致性，成本居高不下。这导致在国产大飞机、战斗机、无人机等众多重大国防项目上，以及汽车、工业器械制造等领域中，先进复合材料的使用率和合格率距离国际先进水平仍有不小差距。落后的材料加工技术严重制约了我国高端制造的发展。

记者了解到，截至目前，能够达到美国联邦航空局国际标准性能、可以在客机中大量使用的碳纤维生产技术，基本掌握在美国、日本的少数几家公司手中，而达到飞机使用最高标准等级的T800H、T800S，几乎被日本东丽公司独家垄断。