科技有狠活｜想搭乘《流浪地球2》太空电梯？别急，先用超长碳纳米管“搓”缆绳( 二 ) 封面新闻记者谭羽清边雪部分

如果拿钢铁作为参照物，碳纳米管在单位质量上的抗拉强度（即比强度）大约是钢铁的四百多倍，而碳纤维的比强度仅为钢铁的28倍；从理论上讲，一根直径仅为2厘米的碳纳米管纤维至少能承受3200吨的重量。
而碳纳米管“百折不断”的耐疲劳特性也让它能在动荡多变的太空环境下长时间承担电梯缆绳的职责， “我们可以观察到，一个铁丝在手里反复弯折几十次就会断裂。但我们通过实验研究发现，在大应变循环拉伸测试条件下，单根碳纳米管可以被连续拉伸上亿次而不发生断裂，并且在去掉载荷后，其依然能保持初始的超高抗拉强度，耐疲劳性优于目前所有工程纤维材料。 ”

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碳纳米管通过包覆无机氧化物涂层实现结构致色和阻燃性能提升
此外，张如范的团队在2022年还通过为碳纳米管包覆无机氧化物涂层的方式，让碳纳米管不仅能从原本的单调黑颜色变成彩色，这种氧化物涂层还赋予了碳纳米管极好的阻燃性能和抗氧化性能。今后，如果碳纳米管穿上了这一涂层进入太空，可以说就像穿上了一件“宇航服” ，使其使用寿命大大增加。
用超长碳纳米管“搓”出缆绳
既然太空电梯缆绳的理想材料和它的“宇航服”都已经找到，什么时候可以开始“造绳工程”了？张如范说，目前最关键的难题是要实现超长碳纳米管的大批量制备，从而才能大批量制备出超过NASA所提抗拉强度标准的超强碳纳米管纤维。
所谓超长碳纳米管，是指具有厘米级甚至分米级以上的宏观长度和低缺陷密度的一种碳纳米管类型，只有超长碳纳米管，才能充分发挥碳纳米管自身的性能优势，并将性能体现在宏观的碳纳米管纤维等样品中。

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不同类型的碳纳米管
张如范解释：“目前能实现大批量制备的碳纳米管大部分长度都太短（一般局限在几十微米），并且存在较多的结构缺陷，没法充分发挥它们自身的优异性能，使其在制备纤维方面并不具备优势，所得到的碳纳米管纤维与理论上的性能相比还有不小的差距。 ”
当超长碳纳米管能够大批量制备后，长达9.6万公里的天梯缆绳的制备就变得可能， “当碳纳米管的长度达到几厘米的时候，你把它们‘搓’成一条绳子，碳纳米管相互间的摩擦力就足以比它自身的抗拉力强度还要高。当它们这样相互‘锁定’起来，碳纳米管纤维的整体抗拉力强度也就可以和单根碳纳米管的抗拉力强度更加接近。 ”
在超长碳纳米管的制备方面，张如范的团队在2023年取得了进一步突破，实现了超长碳纳米管产率的大幅度提升，从而在其批量制备方面又往前迈进了一大步。
目前，他的团队正在努力攻关超长碳纳米管的批量制备，希望通过进一步的研究，创造能够让更多超长碳纳米管生长的条件。或许在可以等到的将来，人们就能坐上以碳纳米管制成缆绳的“天梯”前往太空了。
值得一提的是，如果超长碳纳米管制成的超强纤维能够大批量生产，它的应用领域不仅仅是天梯缆绳， “它其实在现代社会的很多领域都有非常广阔的应用前景，比如做火箭导弹的骨架、空间站的骨架、航空母舰舰载机拦截索，军事上的防弹衣、风力发电设备的骨架材料等。 ”返回搜狐，查看更多
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