北京清華大學(xué)的一個(gè)研究小組開發(fā)出了一種纖維，他們說這種纖維非常堅(jiān)固，甚至可以用來建造升降機(jī)。

他們說，這種由碳納米管制成的纖維僅1立方厘米就能夠承受160頭大象或超過800噸的重量。而這一小塊纖維的重量只有1.6克。

“這是一個(gè)重大突破，”西安西北工業(yè)大學(xué)重要升降電梯研究中心的科學(xué)家Wang Changqing表示。他沒有參與清華的研究。

中國(guó)研究小組已經(jīng)從碳納米管中開發(fā)出一種新的“超長(zhǎng)”纖維，他們說這種纖維比以往任何纖維都要堅(jiān)固。今年早些時(shí)候，他們?yōu)檫@項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專利，并在《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表了部分研究成果。

“很明顯，碳納米管束的抗拉強(qiáng)度至少是其他材料的9到45倍，”研究小組在論文中說。

他們表示，這種材料“在許多高端領(lǐng)域，如運(yùn)動(dòng)裝備、彈道裝甲、航空、航天、甚至太空電梯，將有很大需求”。

建造一個(gè)可以從地球到太空的升降機(jī)的想法聽起來像是科幻小說里的東西，但它已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，科學(xué)家們?cè)诮鼛资昀锵氤隽烁鞣N各樣的設(shè)計(jì)。

其中一個(gè)想法是將一顆大型衛(wèi)星送入與地球旋轉(zhuǎn)同步的軌道，然后將一根纜繩拉到地面，并固定在地面，然后將另一根纜繩從相反的方向拉伸出去，并與一個(gè)平衡裝置相連。

但到目前為止，太空升降機(jī)的想法仍然停留在物理和數(shù)學(xué)模型的領(lǐng)域，因?yàn)闆]有足夠堅(jiān)固的材料來制造超輕、超堅(jiān)固的纜繩。

根據(jù)美國(guó)航空航天局(NASA)的數(shù)據(jù)，這些纜繩需要擁有不少于70億噸的抗拉強(qiáng)度，才能承受拉伸。

事實(shí)上，NASA在2005年發(fā)起了一項(xiàng)全球競(jìng)賽來開發(fā)這種材料，獎(jiǎng)金為200萬美元。沒有人能做到。

現(xiàn)在，清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組表示，他們新的碳納米管纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了800億帕斯卡。

碳納米管是由碳原子組成的圓柱形分子，呈六角形，直徑小至1納米。

它們的抗拉強(qiáng)度是已知的任何材料中較高的——已知材料的抗拉強(qiáng)度理論上較高可達(dá)3000億帕。

但實(shí)際上，這些碳納米管必須以纜繩的形式連接在一起，這個(gè)過程很困難，而且會(huì)影響產(chǎn)品的整體強(qiáng)度。

據(jù)太空升降機(jī)研究人員Wang Changqing表示，該運(yùn)輸系統(tǒng)需要3萬多公里長(zhǎng)的纜繩，還需要軌道和護(hù)罩等其他結(jié)構(gòu)，以防止太空碎片和其他環(huán)境危害。

      Wang Changqing表示：“如果纜繩不夠結(jié)實(shí)，它甚至不能承受自己的重量。到目前為止，還沒有足夠強(qiáng)度的材料來完成這項(xiàng)工作。”

     纜繩強(qiáng)度的要求根據(jù)太空升降機(jī)的設(shè)計(jì)而有所不同。Wang Changqing表示，碳納米管纖維似乎是目前有前途的候選材料，但需要更多的計(jì)算和模擬來評(píng)估它的性能。

      “纜繩是一個(gè)大問題，但它不是僅有的問題，”他補(bǔ)充說。

       例如，中國(guó)和俄羅斯的太空科學(xué)家正在共同努力，尋找一種安全、有效的方法，將一根細(xì)細(xì)、輕如羽毛的纜繩從高空軌道延伸至地面。

      重新進(jìn)入大氣層會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這可能會(huì)燒毀纜繩，而平衡重量可能需要像小行星一樣的大小才能讓纜繩保持垂直。

       Wang Changqing表示，這樣一個(gè)項(xiàng)目的規(guī)模和復(fù)雜性將使國(guó)際空間站相形見絀。

       但包括中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯和日本在內(nèi)都在繼續(xù)支持這項(xiàng)研究。

       上個(gè)月，日本發(fā)射了兩顆衛(wèi)星，用于研究太空電梯運(yùn)動(dòng)——這是首次進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)——其中包括一架迷你電梯通過纜繩從一顆衛(wèi)星傳送到另一顆衛(wèi)星。

      它還沒有報(bào)告該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。中國(guó)也進(jìn)行了太空纜繩試驗(yàn)，但細(xì)節(jié)保密。

      盡管實(shí)現(xiàn)太空電梯仍為時(shí)尚早，但魏教授表示，他的團(tuán)隊(duì)正試圖將碳納米管纖維大規(guī)模生產(chǎn)，用于國(guó)防或其他領(lǐng)域。

      他表示:“這可能會(huì)在許多領(lǐng)域改變游戲規(guī)則。”

文章轉(zhuǎn)載電梯工業(yè)雜志公眾號(hào)