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中国|碳纤维“无人区”出现深圳人身影

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中国|碳纤维“无人区”出现深圳人身影
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第三届国际复合材料展上 ， 工作人员向中国工程院院士杜善义（左）介绍烯湾科技碳纳米管材料 。 （受访者供图）
■ 深圳特区报采访人员 周雨萌
【中国|碳纤维“无人区”出现深圳人身影】2015年夏天 ， 在美国特拉华大学做研究员的邓飞打通了远在深圳的高中同学、深圳领耀东方科技股份有限公司CEO章胜华的电话 。 “第一根可量产的碳纳米管纤维做出来了 ， 我要回国 。 ”这一天距离邓飞第一次在实验室研究碳纳米管纤维刚好满三年 。
四个月后 ， 邓飞辞去了特拉华大学的职务 ， 回到深圳与同样辞职的章胜华携手筹办企业 。 2016年6月 ， 烯湾科技诞生 。 由此 ， 深圳有了全球第一家量产和销售“下一代碳纤维”材料的企业 。
踏入碳纤维研究领域的“无人区”
碳纤维具有质量轻、强度高、弹性模量高的特点 ， 被广泛用于制造航空器机体及军事等领域 ， 被誉为21世纪的“黑色黄金” 。 在这一领域 ， 日本深耕了100多年 ， 中国只做了30年 。
“我国在碳纤维领域一直难有大的突破 ， 不匀率高、毛丝多 ， 力学性能也上不去 ， 无法制备航空航天结构材料 。 ”已故中国材料科学之父师昌绪曾这样说 。
“碳纤维有点像玻璃 ， 慢慢拉可以抗压；但如果撞击 ， 容易碎 。 ”邓飞说 ， 全球同行一直在寻求解决方案 。
邓飞研究的碳纳米管纤维复合材料 ， 既具备碳纤维的高强度等特性 ， 又解决了“脆”的问题 ， 被产业界和学术界公认为“下一代的碳纤维” 。
2003年 ， 在日本东京大学读研的邓飞梦想着在碳材料领域学有所成、报效祖国 。 “但日本不允许中国籍学生从事碳纤维专业学习 ， 在导师的指引下 ， 便进入了碳纤维的下一代研究领域——碳纳米管材料专业 。 这是碳纤维研究领域的‘无人区’ ， 连导师也没涉足过 。 “就这样 ， 邓飞成了当年东京大学唯一从事碳纳米管材料专业研究的学生 。
潜心研制出第一根碳纳米管纤维
邓飞面对的是一个全新空白的研究领域 。 “没有老师帮忙 ， 没有文献参考 。 ”邓飞告诉采访人员 ， 博士期间 ， 他深入碳纳米管材料的研究 ， 把自己关在实验室三个月 ， 没日没夜地查阅资料 ， 终于找到了攻关的突破口 。
“他们不让我做碳纤维材料 ， 那我去研究一个性能高于碳纤维的材料 ， 再把它量产出来 。 “邓飞自研了一台原位观察纳米管材料的检测平台装置 ， 能在显微镜下观测到动态中的纳米结构 。 通过这套装备和反复实验 ， 他发现 ， 原来碳纳米管材料的断裂与碳纳米管之间的力传递效力有关 。
源头找到了 ， 马上就开干 。 从2012年开始 ， 邓飞在特拉华大学任职期间 ， 白天做研究员 ， 晚上回实验室进行碳纳米管材料研究 。 “每天都很困难 ， 每天都在解决困难 ， 每天都觉得这个实验可能永远不会成功 。 ”邓飞感慨道 。 成果诞生前的三个月 ， 邓飞感到研究进入某种良性模式 。 “就像盲人在摸索出口 ， 慢慢摸到了门把手 。 ”三年的坚持不懈 ， 他终于研发出可量产的高性能碳纳米管纤维 。 邓飞也成为了该领域顶级专家 。
根据已通过期刊公布的性能检测数据 ， 与目前美国、日本、澳大利亚和韩国研究团队做的碳纳米管纤维相比 ， 在两个最关键的指标强度和杨氏模量上 ， 邓飞研发的指标数据都遥遥领先 ， 性能达到甚至优于目前最先进的T800H、S碳纤维 ， 断裂应变性能是其5倍 。
全球率先实现碳纳米管纤维产业化
“成功后我第一件事就是给章胜华打电话 ， 我要把技术在中国产业化落地 。 ”邓飞说 ， 碳纳米管纤维适用于一些对材料性能要求更高的高新技术领域 ， 如航空航天、汽车、新能源电池正负极材料、船舶制造、风能发电等 ， 其制备成本甚至不到碳纤维材料的10% 。
“凡是碳纤维在力学性能上能够应用的场景 ， 碳纳米管纤维都能实现 ， 同时弥补其断裂应变性能的不足 。 ”邓飞说 ， 为了早日实现量产目标 ， 2017年 ， 邓飞组建了一支囊括美国、日本、中国三地科学家的技术团队 。
烯湾科技的量产设备也是自主研发设计的 。 2017年 ， 邓飞带领团队找遍全日本的厂商才把完整的设备做出来；2018年上半年 ， 终于在深圳实现碳纳米管纤维原丝量产 ， 逐渐建立了七条设备生产线 。 “目前 ， 深圳已可实现5吨的年产量 。 ”邓飞说 。
由此 ， 烯湾科技成为全球第一个实现碳纳米管力学性能产业化应用的团队 ， 在目前全球不足20个团队中 ， 烯湾科技的纤维力学性能最佳且可产业化 。 邓飞说 ， 20年后人类将进入到碳材料时代 。 作为基础材料 ， 碳材料的市场空间巨大 ， 有着不可估量的市场规模 。
“希望有一天 ， 我们的碳纳米管纤维能成为国际标准 。 也许那时 ， 行业内人士会骄傲地说 ， 我要到深圳做碳纳米管纤维去了 。 ”谈及未来 ， 邓飞信心满满 。
采访人员观察
材料科学是战略性新兴产业的基础科学 ， 对我国实施创新驱动发展战略至关重要 。
在与烯湾科技的两位创始人采访中 ， 笔者仿佛看到了中国在碳基础材料领域后发制人的曙光 。 面对我国在碳纤维领域起步晚、底子薄、回报周期长等现状 ， 他们另辟蹊径 ， 踏入了被称为“下一代碳纤维”领域的无人区 ， 并与欧美日站在了同一起跑线上 。 “下一代碳纤维”材料的王者 ， 烯湾科技或许就是极具竞争力的候选者 。
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