文章核心观点 - 太空电梯的设想因材料强度限制长期未能实现，而碳纳米管因其极高的理论抗拉强度（超过100吉帕，是最好钢材的数百倍）和低密度（约为钢的1/4），被视为实现太空电梯的关键潜在材料[1] - 以清华大学为代表的科研团队在碳纳米管的长度突破（制备出单根长度超过半米的碳纳米管）、宏观纤维组装（制备出拉伸强度80吉帕以上的厘米级管束）及抗疲劳性能（可被连续拉伸上亿次而不断裂）方面取得显著进展，为太空电梯提供了坚实的材料基础[2] - 尽管碳纳米管研究取得进展，但距离实际建造太空电梯仍面临巨大挑战，包括将材料长度从实验室的半米至米级规模化至数万公里，以及应对大气层与太空中的复杂环境考验[3] - 太空电梯的实现还需解决基座建设、动力系统等复杂工程问题，需要跨学科协作，但其科学探索的持续突破正在拓展人类能力的边界[4] 碳纳米管材料特性 - 碳纳米管是由碳原子按六边形蜂窝状结构排列的中空管状材料，直径在几纳米到几十纳米之间[1] - 该材料理论抗拉强度可超过100吉帕，是最好钢材的数百倍，其杨氏模量高达1太帕，同时密度仅为钢的1/4左右，单位质量强度极高[1] 科研进展与突破 - 研究团队通过提高催化剂活性概率，在2013年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，团队采用气流聚焦法制备出厘米级超长碳纳米管管束，其拉伸强度达到80吉帕以上[2] - 2020年，团队通过实验首次测试了单根碳纳米管的抗疲劳性能，发现其可被连续拉伸上亿次而不发生断裂，且卸载后能保持初始强度[2] 当前挑战与未来展望 - 主要挑战在于规模化制备，目前实验室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] - 缆绳需穿越地球大气层，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] - 太空电梯的实现还涉及基座建设、电梯厢动力系统等复杂工程问题，需要跨学科协作解决[4] - 科学探索的持续突破让太空电梯的设想具备了更坚实的材料基础，未来可能成为人类迈向太空的“天梯”[4]