11月22日訊　正如考古學(xué)家用新、舊石器來(lái)劃分人類(lèi)史前史的兩個(gè)階段，今天我們可以用兩種化學(xué)元素的交替來(lái)形容正在發(fā)生的材料革命。

20世紀的最后幾十年是硅的時(shí)代，迎面而來(lái)的，則是碳材料的時(shí)代。

20世紀，無(wú)論是以硅酸鹽為代表的玻璃和水泥等建筑材料，硅基的集成電路還是熱鬧的單晶或多晶硅的太陽(yáng)能光伏部件，林林總總的表象背后是硅元素的影響。

21世紀，碳元素所主導的新興材料體系正在顯示出自身更大的發(fā)展潛力和更加富有挑戰性的工業(yè)影響力。如果以全球氣候變化和碳的關(guān)系去思考，低碳所代表的已經(jīng)不僅僅是一種物理化學(xué)過(guò)程，其深意影響到人類(lèi)社會(huì )的方面，甚至到了決定人類(lèi)自身命運的高度。

今年11月，我國首架擁有完全自主知識產(chǎn)權的碳纖維輕型運動(dòng)飛機“紅嘴鷗”，在珠海航空產(chǎn)業(yè)園下線(xiàn)，這款飛機凈重只有280公斤。在千米左右的低空空域，從珠海飛向武漢、三亞、長(cháng)沙等城市，只需加上80升97號或98號汽油，輕松飛行四五個(gè)小時(shí)即可到達。在上海舉辦的工業(yè)博覽會(huì )上，也展出了國產(chǎn)的碳復合材料樣車(chē)。

不僅在中國。在航空材料領(lǐng)域，空客320、380，波音787均大量采用碳基復合材料作為航空器內部的結構材料，來(lái)實(shí)現飛行器自身的減重，相應的就是減少飛行過(guò)程中的油耗，實(shí)現更加綠色的飛行。

特別值得關(guān)注的是以寶馬為代表的世界電動(dòng)車(chē)制造商，對碳纖維復合材料電動(dòng)車(chē)的熱情。寶馬公司已經(jīng)宣布2012年量產(chǎn)碳復合材料的電動(dòng)車(chē)，并投巨資在美國成立生產(chǎn)碳纖維的制造企業(yè)，在德國成立相應的纖維編織和成型公司。可以預見(jiàn)，未來(lái)主流的電動(dòng)車(chē)都將大量采用碳復合材料制造。碳纖維其他的應用領(lǐng)域還包括風(fēng)力發(fā)電的葉片等。

如果考慮到傳統硅基材料，如水泥、玻璃以及鋼鐵工業(yè)從采礦到成品過(guò)程的污染和綜合能耗，碳材料的優(yōu)勢則更加明顯。

當然，傳統材料利益鏈條的受益者會(huì )列舉出各種反駁的理由為自己辯護，以高端飛機的發(fā)動(dòng)機為例，今天以航空煤油驅動(dòng)的飛機不論是渦噴還是渦扇發(fā)動(dòng)機都將面新型以太陽(yáng)能和其他清潔能源為代表的電動(dòng)或磁驅動(dòng)航空器的挑戰，正如今天的汽車(chē)引擎正在被新型電機取代一樣。支撐主流的飛機發(fā)動(dòng)機的關(guān)鍵材料必然轉向新一代的結構材料體系。正在到來(lái)的新一代光伏材料，也是以碳基有機光電材料如薄膜材料，利用量子效應來(lái)提高能量轉換效率的。遺憾的是，由于目前主流的光伏材料因為不考慮環(huán)境代價(jià)的惡性競爭，價(jià)格過(guò)低，導致新興光電材料遲遲不能面市，甚至被迫取消生產(chǎn)計劃，只保留研發(fā)能力。

喧嘩總歸一時(shí)，科學(xué)的創(chuàng )新才是長(cháng)久的。碳纖維已經(jīng)開(kāi)始在航空、汽車(chē)等領(lǐng)域取代鋼鐵。更有趣的是，航空器與地面汽車(chē)采用的碳纖維復合材料，盡管出于成本上的考慮，成分和加工處理工藝會(huì )略有差異，但基本的工藝流程是完全一致的，這就意味著(zhù)，今天生產(chǎn)各種用途碳復合材料的企業(yè)，都可以具備生產(chǎn)低空航空器相關(guān)部件的能力。隨著(zhù)中國國內空域管理改革的深入，中國成為世界低空航空器生產(chǎn)和消費大國指日可待。

最后還有必要指出的是，碳納米管的應用也是非常值得關(guān)注和投入的。以目前大量使用的觸摸屏為例，現在主流的觸摸屏采用稀土元素作為表面膜材料，而采用碳納米管的制備薄膜，也表現出了良好的應用潛力。至于其他碳結構在量子通信上的潛力，則更加激動(dòng)人心。

從工業(yè)能力的角度看，與碳元素相關(guān)的工業(yè)集群也正在孕育和成長(cháng)中。美國加州的硅谷作為人類(lèi)高科技企業(yè)集群的象征，曾經(jīng)在過(guò)去30年中，對全球科技產(chǎn)生了巨大的影響。我們有理由去建設新興的碳谷，作為對21世紀的科技新地標。我個(gè)人認為未來(lái)20年內全球“碳谷”的工業(yè)產(chǎn)值至少可以是現在鋼鐵工業(yè)、玻璃工業(yè)和造紙工業(yè)產(chǎn)值總和，以碳復合材料制造的建筑、家具、服裝、交通工具、食物工廠(chǎng)以至于作為新興藥物載體、人造器官的問(wèn)世，人類(lèi)經(jīng)濟新高潮也將隨之而來(lái)。

來(lái)源： 中國紡織網(wǎng)

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