碳納米管: 高強度材料筑夢“太空天梯”

2016年08月15日08:34  來源:人民網-科普中國
 

從太空俯瞰地球(圖片來源:科技日報)

發明一種連接地球與宇宙空間站的“太空天梯”,一直是很多科學家的美好願景。與科幻作家克拉克在《天堂之泉》中描繪的“太空電梯”類似,科學家們對太空天梯的設想是,人類可以通過它向空間站運輸物資,甚至能隨時到太空旅游。這樣美好的設想,令許多太空愛好者為之興奮。

但是,建造“太空天梯”並不簡單,其最大的困難就在於,科學家們找不到強度足夠大的建筑材料。例如,目前在地球的同步軌道上運行的宇宙空間站,其距地球表面的高度是3.6萬千米,要想建造這麼長的“太空天梯”,運用一般的建筑材料,是絕對辦不到的。科學家們為筑夢“太空天梯”而不懈探索,最終在納米材料中找到了一線曙光——碳納米管。

什麼是碳納米管?

據《科技日報》報道,碳納米管是將單層的碳原子薄片卷起而形成的管狀半導體材料,具備很好的強度和柔性,可用於制造柔性顯示器和電子設備,由於其柔性高,以其為材料制成的電子設備,能夠與衣服及其它可穿戴設備輕鬆貼合。

碳納米管發展歷程

1991年,日本NEC 公司基礎研究實驗室的飯島澄男教授首次發現碳納米管的存在。一年后,實驗室內規模合成碳納米管的方法由Ebbsen等人提出。

據《人民日報》報道,2013年,清華大學魏飛教授帶領的團隊首次將催化劑活性的概率提高到99.5%,並制備出了世界上最長的碳納米管,其單根長度超過半米。

2014年,據《科技日報》報道,美國萊斯大學的科學家發明了由改良碳納米管森林制作的“吸濕架”,它能在干燥的沙漠空氣中收集並儲存水分子,以備將來使用。

2015年,據《科技日報》報道,美國研究人員用碳納米管替代硅為原料,大幅提高了計算機芯片的處理速度,運用此方法研制出的3D芯片的運行速度,有可能達到目前芯片的1000倍。

碳納米管因其超強韌性、重量輕和導電性能佳等多種特性,在科學技術領域的研究與應用上展示出巨大的潛力,也給科學家的“太空天梯夢”帶來了曙光。

不過,事物總是有兩面性的。我們在為碳納米管的高性能拍手稱好時,也需重視它為人們的生活帶來的潛在危害。據《科技日報》2015年10月報道,法國研究人員法特希·穆薩分析了64個哮喘患兒氣管中體液的樣本,而在這些樣本中,均存在碳納米管﹔同樣,在另外5名兒童肺部的巨噬細胞中,也有碳納米管的存在。穆薩指出,即使碳納米管沒有直接毒性,由於它們的表面積較大,其它的分子也易於黏附其上,因而可能會使污染物質深入到肺部並穿過細胞膜,從而對人體造成傷害。(鄭斌)

(責編:姚欣雨、肖玲)

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