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超长碳纳米管的未来——访清华大学教授魏飞


来源:中国粉体网   茜茜

[导读]  碳材料的制备及产业化一直都是行业重点关注的对象,在今年举办的低维碳纳米材料大会上,魏飞教授展示了其精心准备的PPT,为各行业代表、学者带来了精彩纷呈的演讲。魏飞教授在PPT中介绍了碳结构与狄拉克碳材料、狄拉克材料在复合材料中的应用及碳纳米管的顶部与底部生长机制等问题。

中国粉体网讯  碳材料的制备及产业化一直都是行业重点关注的对象,在今年举办的低维碳纳米材料大会上,魏飞教授展示了其精心准备的PPT,为各行业代表、学者带来了精彩纷呈的演讲。魏飞教授在PPT中介绍了碳结构与狄拉克碳材料、狄拉克材料在复合材料中的应用及碳纳米管的顶部与底部生长机制等问题。会议结束后,中国粉体网记者有幸对魏飞教授进行了简单采访。


魏飞教授简介


清华大学化学工程系教授、博士生导师,教育部“长江学者”特聘教授,北京市“绿色化学反应工程和技术”重点实验室主任。


研究领域包括多相流和多相流反应堆。开发了世界最大规模的碳纳米管生产技术,在流态化、多相催化及碳纳米管领域贡献卓越,在上个世界九十年代期间取得了多项成果,现在一直致力于碳纳米管的研究和制备工作当中。


 


超长碳纳米管的可控制备方法与缺陷策略


魏飞教授表示,目前的可控制备方法只有气流生长、漂浮的顶端生长。并向我们阐释了超长碳纳米管的发现过程。魏飞教授表示,最早戴宏杰老师在一篇文章中发现其可以长长一点,随后刘杰老师、北大的李彦老师、张锦老师以及清华的姜开利、南加州大学的周崇武老师都一直从事这方面的工作。对于超长碳纳米管的缺陷策略问题,魏飞教授表示,超长碳纳米管材料如果做成纯半导体的,将来要实现作为器件使用,就要保障它本身不能有缺陷。


碳纳米材料应用与难点


一个材料的生产就是为了更好的应用,碳纳米管还有哪些方面的应用呢?魏飞教授表示:“碳纳米管除了应用于功能性材料,还应用于高强度材料:碳纤维目前被认为是世界上最强的材料,但是碳纳米管强度是它的15倍。


“超长碳纳米管的制备难点在于其本身细,导致其控制难度加大,正所谓牵一发而动全身,碳纳米管在制备时不能有一点的缺陷,否则其强度就没有了”魏飞教授说。魏飞教授还表示:现在想要研究制作这种近乎完美的材料还有许多的难关要克服,路漫漫其修远兮。


碳材料的产业化方向


产业化问题一直以来是行业发展所关心的问题,近些年来产业化问题也取得了些许进步。但是,产业化的道路上还存在生产成本高、制作工艺复杂等问题。对于中国产业化需要面临的难关,魏飞教授表示:产业化的道路上还是要一步一个脚印。产业化面临的问题众多,需要科研院校和企业共同努力、分工合作:即学校提出方向,企业把控技术难题。最后魏飞教授表示强调,产业化之路还有很长的路要走。


在我们的采访结束不久,魏飞教授团队传来好消息,他们与清华大学航空航天学院的李喜德教授团队合作,在超强碳纳米管纤维领域取得重大突破——在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束,其拉伸强度超越已知所有其他纤维。魏飞教授介绍,研究团队采用气流聚焦法,制备出具有确定组成、结构完美且平行排列的厘米级连续超长碳纳米管,然后另辟蹊径,将管束的拉伸强度提高到80GPa以上,接近单根碳纳米管的拉伸强度,并证明随碳纳米管根数增加,强度可以保持。用这种方法制备超强碳纳米管束的新方法,与该团队的超长碳纳米管的宏观制备方法结合,可研制出超长且超强碳纳米管纤维,为下一代结构材料的产业化奠定基础,超长纤维有望在大飞机、大型运载火箭、超级建筑等多个领域大显身手。这项成果的问世标志我国碳材料产业又出现了新的生机,使我国的科研水品在世界上又领先了一步,魏飞教授团队和李喜德教授团队的付出也得到了应有的回报。


 


a、碳纳米管管束示意图;b、所用到的超长碳纳米管的结构;c、利用气流聚焦法制备超长碳纳米管管束的示意图;d、超长碳纳米管在聚焦气流下发生合并的模拟图;e-i、所制备的具有确定组成的超长碳纳米管管束;j-k、所制备的碳纳米管管束的力学性质;l、超长碳纳米管管束与其他材料拉伸强度对比图


总结:


在采访过程中,魏飞教授认真回答了记者的提问,整个采访过程氛围非常融洽。非常感谢魏飞教授能够在百忙之中接受我们的邀请。回顾整个采访过程,魏飞教授简单的向记者介绍了碳纳米管的生长机制、结构控制、产业化的相关内容,并指出国内碳纳米材料的制备与国外(三星等)还有不小的差距,我国还有许多的难关需要攻克。但魏飞教授也表示,只要我国的科研工作者一直不断努力,相信最后一定会有好的成果,我们也期盼像魏飞教授一样在科研一线工作的研究者们能够为我们带来更多关于碳纳米材料行业的相关信息。

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