在人類發(fā)展的歷程中，每一種新材料的發(fā)展和應(yīng)用，都把人類支配自然的能力提升到一個(gè)新的高度，追溯歷史的長(zhǎng)河，無(wú)論對(duì)于哪個(gè)時(shí)期，哪個(gè)國(guó)家，只要擁有了先進(jìn)的材料基礎(chǔ)，就會(huì)引領(lǐng)世界的科學(xué)發(fā)展。?

　　不管是何種材料，都有它存在的重大意義，碳材料就是其中的一種。在很久以前，碳材料可能只是作為取暖、烹飪等應(yīng)用出現(xiàn)在我們的日常生活中，但隨著新材料的迅速發(fā)展，碳材料已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)應(yīng)用，而是走進(jìn)科研世界，展現(xiàn)自身的神奇之處。?

　　在科研工作者的眼中，碳材料具有多元化的特點(diǎn)，可以延伸出各種意義重大的研究方向。比如，人們正在研究的碳纖維材料，這種堅(jiān)如磐石又韌如發(fā)絲的碳材料，因?yàn)檩p巧、抗腐蝕性強(qiáng)、剛性好等特點(diǎn)，不僅被應(yīng)用在制造體育用品、石油探測(cè)以及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，還在航空航天和國(guó)防軍事裝備領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為軍事大國(guó)的必爭(zhēng)之材。?

　　對(duì)于碳纖維的研究，東華大學(xué)材料學(xué)教授余木火告訴我們：碳纖維這種材料實(shí)際上從70年代開始，就已經(jīng)在航空航天，特別是在武器裝備上，戰(zhàn)斗機(jī)上大量應(yīng)用了。?

　　中國(guó)碳纖維起步比較晚，全球碳纖維市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外一些企業(yè)占據(jù)，并一直對(duì)中國(guó)實(shí)行嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，中國(guó)想要發(fā)展碳纖維，就必須走自主創(chuàng)新的道路。幸運(yùn)的是，改革開放以來(lái)，在國(guó)家政策的大力推動(dòng)下，中國(guó)碳纖維取得了重大突破，徹底打破了國(guó)外的禁運(yùn)，催生碳纖維及其制品進(jìn)入工業(yè)化大市場(chǎng)。?

　　其實(shí)，除了碳纖維外，有著“新材料之王”稱號(hào)的石墨烯也只用了短短十幾年的時(shí)間，就從首次成功分離，發(fā)展到了被業(yè)內(nèi)瘋狂追捧的高新材料。石墨烯是目前已發(fā)現(xiàn)的最輕、最薄、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性最好的物質(zhì)，厚度僅相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的十萬(wàn)分之一，強(qiáng)度卻可以達(dá)到鋼鐵的200倍。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院劉忠范院士說(shuō)到：實(shí)際上，石墨烯就是單層的石墨片，簡(jiǎn)單的說(shuō)，石墨烯是一種純碳材料，一般情況下，大家認(rèn)為十層以內(nèi)的大致都可以叫石墨烯。?

　　我給石墨烯設(shè)計(jì)了三種未來(lái)，第一個(gè)未來(lái)相當(dāng)于碳纖維，航空航天做大飛機(jī)；另外一個(gè)可能的未來(lái)有點(diǎn)像塑料；還有更高端的，像硅芯片像硅材料那樣子，像硅這種材料可以作為一個(gè)時(shí)代的代名詞，硅改變了我們的精神生活，將來(lái)硅有可能被石墨烯代替。?

　　對(duì)于石墨烯未來(lái)在移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池等領(lǐng)域所擁有的廣闊前景，人們都非常期待，但石墨烯想要進(jìn)行大規(guī)模使用，還需要我們?nèi)祟愡M(jìn)一步探索研發(fā)。?

　　事實(shí)上，在碳材料領(lǐng)域還有一種非常奇特的新型材料——碳納米管。它的強(qiáng)度比石墨烯還要高，可以達(dá)到鋼材的300倍，熱導(dǎo)率為銅的5倍。這也就意味著，如果科研工作者把碳納米管加入到聚合物、陶瓷或金屬基體中，就會(huì)顯著提高金屬材料的物理性質(zhì)。對(duì)于碳納米管良好的導(dǎo)電性，清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛教授說(shuō)：電子在軸向方向上傳遞是電子沒有質(zhì)量的，輸運(yùn)的速度是光速的300分之一，導(dǎo)電性會(huì)很好，強(qiáng)度實(shí)際上和金剛石差不多，大家就意識(shí)到了這些東西很可能會(huì)做下一代的超強(qiáng)材料，或者現(xiàn)在更熱鬧的是做下一代的半導(dǎo)體材料。?

　　中國(guó)的碳納米管、石墨烯或富勒烯，還是要有一幫比較扎實(shí)的人想辦法把核心的用途和未來(lái)的前景展示出來(lái)，投資也好，搞企業(yè)的人也好，要明白這個(gè)東西是未來(lái)。?

　　從魏飛教授的講解中，我們知道碳材料是未來(lái)材料發(fā)展的核心。這不僅體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上，還在人類的醫(yī)療領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。?

　　眾所周知，癌癥已經(jīng)成為21世紀(jì)嚴(yán)重威脅人類健康和生命的一大“殺手”，在世界醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，也一直是難以攻克的難題。不過(guò)，一項(xiàng)中國(guó)獨(dú)有的基于金屬富勒烯納米顆粒的“分子手術(shù)刀”腫瘤治療技術(shù)，卻有望在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，給人們的生命健康帶來(lái)希望。?

　　近15年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所納米實(shí)驗(yàn)室王春儒團(tuán)隊(duì)，不斷地結(jié)合腫瘤結(jié)構(gòu)方面的專業(yè)知識(shí)，最終提出了利用金屬富勒烯治療癌癥的大膽設(shè)想：對(duì)于金屬富勒烯來(lái)說(shuō)，它有兩個(gè)非常重要的特性，第一個(gè)它是生物友好的，第二個(gè)就是金屬富勒烯在常溫一直到幾十度之間，它有一個(gè)相變，利用這種性質(zhì)，我們局可以來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)抗腫瘤的藥物，把水溶性的納米藥物注入小鼠體內(nèi)，金屬富勒烯納米顆粒會(huì)嘗試從腫瘤血管缺陷處擠出來(lái)，緊緊的被血管的內(nèi)皮細(xì)胞給卡住，伴隨著相變，會(huì)有體積一個(gè)劇烈膨脹，相當(dāng)于制造了一個(gè)納米級(jí)的小爆炸，腫瘤血管造成一個(gè)很大的損傷，截?cái)酄I(yíng)養(yǎng)，整個(gè)腫瘤組織會(huì)飛快的就融掉了。如果這種方式把它給真正應(yīng)用到臨床實(shí)驗(yàn)，那么腫瘤就應(yīng)該不再是一個(gè)困擾人類的惡疾了。?

　　在王春儒看來(lái)，金屬富勒烯對(duì)腫瘤、糖尿病等很多人體疾病都有很好的治療效果。所以，他認(rèn)為未來(lái)必定會(huì)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域大放異彩。?

　　這樣一來(lái)，如果關(guān)于富勒烯方面的研究獲得成功，那將會(huì)解決世界醫(yī)療史上的很多難題。但想要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備富勒烯，還很難辦到，其中有一個(gè)很重要的原因就是價(jià)格昂貴。?

　　2015年12月，英國(guó)牛津一家公司以每克10.8億元的價(jià)格賣出內(nèi)嵌富勒烯，它和我們提到的金屬富勒烯有所不同，這種價(jià)格高昂的內(nèi)嵌富勒烯材料是內(nèi)嵌一個(gè)氮原子的C60材料，并一躍成為全世界第二貴的材料，僅次于反物質(zhì)，在當(dāng)時(shí)瞬間引起了學(xué)術(shù)界和材料界的強(qiáng)烈關(guān)注。?

　　除了價(jià)格昂貴之外，還有一個(gè)原因主要是富勒烯的制備成本太高，制備技術(shù)也并不完善。但這并不能阻擋科學(xué)家們探索的腳步，隨著科研水平的不斷提高，人們逐漸發(fā)展出了多種富勒烯的制備方法，目前較為成熟的主要有電弧法、燃燒法等方法。?

　　我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)電弧法生產(chǎn)金屬富勒烯的技術(shù)原理進(jìn)行分析，創(chuàng)新提出磁控多弧的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)金屬富勒烯工業(yè)化生產(chǎn)。并建成了我國(guó)首條噸級(jí)富勒烯生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外的空白，解決了大規(guī)模、低成本、高效工業(yè)化生產(chǎn)富勒烯的量產(chǎn)難題。?

　　今天，碳纖維、石墨烯、碳納米管、富勒烯等碳材料已經(jīng)為材料界和制造業(yè)提供了豐富的資源材料。我國(guó)科學(xué)研究者也憑借自己的勇氣和智慧，攻克了碳材料開發(fā)應(yīng)用的一道又一道難關(guān)，國(guó)產(chǎn)碳材料的品質(zhì)和產(chǎn)量已經(jīng)站在了世界的前列。



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