应用前景广阔的新材料（开卷知新）

　　习近平总书记指出：“新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域，我们要奋起直追、迎头赶上。”新材料的开发应用，能够推动技术进步和产业升级，甚至推动人类社会迈上新台阶，比如半导体材料就带我们走进了信息社会。

　　放眼世界，材料学研究不断取得新突破，先进钢铁材料、先进有色金属材料、先进石化化工材料等一批新材料纷纷涌现，为制造业和经济社会发展注入强劲动能。碳纤维就是新材料中应用非常广泛的一种。

　　一副由碳纤维制造的自行车车架，重量仅600克左右，相当于3个苹果；一根1米长的T1000级碳纤维，手指粗的一束，重量只有0.5克，可以拉动两架民航客机；碳纤维制品可在3000摄氏度高温下安然无恙，能在酸、碱、油、盐等各种腐蚀性环境里使用……碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀、重量轻等诸多优异性能，在现代制造业中应用前景广阔，被誉为“工业黑色黄金”。

　　细如发丝、轻若鸿毛、强过钢铁

　　碳纤维是一种碳含量在95%以上的无机纤维，由不同原料经聚合、纺丝、氧化、高温碳化而成。根据原料种类，碳纤维主要有聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维3种。其中，以石油化工产品丙烯腈为主要原料的聚丙烯腈基碳纤维，占世界碳纤维总产量的90%以上，是高性能碳纤维的最主要来源。

　　碳纤维具有细如发丝、轻若鸿毛、强过钢铁等优异性能。碳纤维直径通常为5—7微米，只有头发丝1/10左右粗细，密度较小，一般为钢的1/5、钛的2/5、铝的3/5。虽然“身轻体薄”，碳纤维强度却非常高，一般为钢的35倍。实际应用中，通常会将一定数量的碳纤维“细丝”像编绳子一样缠绕起来，一束标准的12K（即1.2万根）碳纤维不到一支铅笔粗，却可以承受130千克左右的重量。与此同时，碳纤维能在3000摄氏度高温下安然无恙，在零下100摄氏度到100摄氏度之间，其尺寸基本保持不变，并且能在高腐蚀性环境里使用，可谓“真金不怕火炼”。

　　要想获得这样的特性并不容易。碳纤维制备流程长、工艺复杂，难度堪比芯片和微纳光刻。碳纤维制备流程包括上百个细分工序，涉及高分子化学、高分子物理、材料科学、高分子加工与纺丝工程、工业自动化控制、高温工程等，其工艺控制点上千，工艺参数超过万项，每一项参数的变化都会影响碳纤维的最终性能。当前世界最先进的芯片光刻技术达到几纳米尺度，与之相似，高性能碳纤维也要求碳纤维内部缺陷控制在10纳米以内。碳纤维还要经过从普通室温到1700摄氏度甚至2500摄氏度的高温碳化，且温度精度要控制在5—10摄氏度，难度可见一斑。可以说，每一束碳纤维材料都是千锤百炼得来的。因为技术要求高、制造难度大，碳纤维价格比较昂贵，宇航级碳纤维价格在每千克数千元到万元之间，是钢和铝合金价格的几十倍，但碳纤维凭借其优异性能，依然成为国民经济和国防建设不可或缺的关键材料。

　　现代制造业的支撑性材料

　　碳纤维兼具碳材料的高强度和纤维纺织材料的柔软可加工性。一束手指粗的高强度碳纤维可以拉动飞机，碳纤维还可以编织成纤维布，根据需要编织裁剪成特定形状，经树脂固化变成比高强钢强度更高的材料。因为拥有多种优异特性，碳纤维应用广泛，成为航空航天、电力、交通运输等高端装备、重大基础工程、新能源等领域重要支撑性材料。