文章核心观点 - 太空电梯的建造设想因缺乏足够强韧的缆绳材料而长期停滞 碳纳米管的发现为其提供了坚实的材料基础 中国科学家在碳纳米管制备与性能研究上取得系列突破 但距离实际工程应用仍有巨大挑战[1][2][3][4] 碳纳米管的材料特性与潜力 - 碳纳米管是力学性能最优的材料之一 理论上单壁碳纳米管的抗拉强度可超过100吉帕 是最好钢材的数百倍[1] - 碳纳米管的杨氏模量高达1太帕 极难被拉伸变形 其密度仅为钢的1/4左右 单位质量强度很高[1] 中国科研团队的研究进展 - 清华大学化学工程系反应工程团队长期从事碳纳米管材料的可控制备与应用研究[2] - 2013年 研究团队通过提高催化剂活性概率 成功制备出单根长度超过半米的碳纳米管 为超长碳纳米管的规模化制备奠定了基础[2] - 2018年 清华大学化工系与航院团队采用气流聚焦法 制备出厘米级超长碳纳米管管束 拉伸强度达到80吉帕以上[2] - 2020年 研究团队首次通过实验测试了单根碳纳米管的抗疲劳性能 发现碳纳米管可被连续拉伸上亿次而不发生断裂 去掉载荷后仍能保持初始的超高强度[2] 当前面临的挑战与差距 - 规模化制备是挑战 实验室目前能制备的超长碳纳米管长度在半米至米级 而太空电梯缆绳需要达到数万公里[3] - 太空环境是考验 缆绳需要穿越地球大气层 经受风雨雷电 并在太空中抵御高能宇宙射线和原子氧腐蚀[3] - 除了缆绳 太空电梯还涉及基座建设 电梯厢动力系统等复杂工程问题 需要跨学科协作解决[4]