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让国产碳纤维更具竞争力******

　　让国产碳纤维更具竞争力(新知)

　　【现象】每束碳纤维都有4.8万根纤维，每根纤维直径只有头发丝直径的1/7到1/8，且纤维含碳量达到95%，强度是钢的7—9倍……前不久，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程生产线在上海石化碳纤维产业基地投料开车，生产出性能媲美国外同级别的合格产品。这意味着，我国在大丝束碳纤维生产和装备国产化方面，实现了重要突破。

　　【点评】

　　一束束白色原丝经过高温碳化，便可缠绕成一轴轴高性能黑色碳纤维。别看每根单丝身量纤纤，却强度高、抗摩擦、耐腐蚀，被称为“材料黑金”，可广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。它能让矗立于戈壁的风电叶片更轻巧，让疾驰于街巷的新能源汽车变得轻量化，让远在九霄云外的运载火箭更节省燃料，也能让鱼竿、球拍的耐久度大幅提升……实际上，碳纤维已深入千行百业，走进了千家万户。

　　按丝束规格的不同，有小丝束碳纤维和大丝束碳纤维之分。在业内，通常将每束碳纤维根数大于4.8万根的称为大丝束碳纤维。小丝束性能优异，但成本较高，大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，能大幅降低成本，从而为市场应用打开更大空间。

　　近年来，随着我国高新技术产业的壮大，碳纤维的市场应用也在不断拓展。数据显示，近10年来我国碳纤维需求加速增长。2021年需求量达到6.2万吨，同比增长27.7%。除了航空航天对碳纤维的需求保持增长，以风电叶片为主的新能源市场正成为拉动碳纤维产业发展的重要引擎，推动碳纤维产业跨入以工业应用为主的新阶段。同时，我国商用航空、无人机等领域装备持续升级迭代，在可预见的未来，碳纤维需求仍将保持快速增长态势。

　　在不断扩大的市场需求牵引下，我国碳纤维行业加快向更成体系、更高性能、更低成本的方向迈进。山西钢科已形成覆盖国内高性能碳纤维领域主要品种的生产能力，中复神鹰推出年产3万吨高性能碳纤维建设项目……一段时间以来，在政策加力和企业努力下，我国不断取得碳纤维制备和应用关键技术的新突破，相关产能持续跃升，自给率不断提高。国产碳纤维的市场份额从2019年的31.7%攀升至2021年的46.9%。也应看到，国产碳纤维的性能与质量稳定性尚有不小提升空间，短期内碳纤维核心装备仍需依赖进口。在关键核心技术上打造创新矩阵，加快形成具有国际竞争优势的运行产能，是我国碳纤维产业面临的现实挑战，也是实现高质量发展的长远目标。

　　党的二十大报告提出：“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。”这为我国碳纤维产业带来了新的发展机遇。我国门类齐全、独立完整的工业体系和超大规模市场优势，为碳纤维市场应用创造了丰富场景；规模庞大的研发队伍和持续涌现的创新型市场主体，为碳纤维技术创新提供了有力支撑。保持自主创新的战略定力，持续锻长板、补短板，定能更好激发新材料产业发展动能，为经济社会高质量发展注入汩汩活力。(人民日报 韩鑫)

我们距离“三体世界”还有多远？这些“黑科技”正在走向现实…...******

　　最近，《三体》动画开播。被翻译成不同语言、畅销世界多地的小说《三体》，除了其庞大的设定、对宇宙的恢宏描写以及跌宕起伏的剧情外，最令人着迷的就是作者刘慈欣对未来航天科技的设想。

　　这些天马行空的“黑科技”，有哪些是正在实现或部分实现的呢？我们一起去看看：

    图源：《三体》微博

　　从“飞刃”到碳纳米技术

　　在《三体》中，“飞刃”被用来执行代号“古筝行动”的秘密军事行动，这种极细的丝状纳米材料，将叛军船只“审判日”号切割成了条状。

    图源：《三体》动画

　　按原著设定来看，“飞刃”是一种超高强度的纳米材料。

　　在现实中，最接近其特征的就是具有超高机械强度和低密度的碳纳米管，但它目前还无法做到像三体中“飞刃”一样，横跨运河两端几十个来回那么长。

　　 2022年4月，美国《国家科学院院刊》（PNAS）刊载，中国科学家首次在高压下合成高度有序晶态金刚石结构纳米线。这种金刚石纳米线在长度方向可以无限生长，粗细仅相当于一根头发丝的十万分之一，具有与碳纳米管相当或更高的拉伸强度和极强的柔韧性，想来在实践中运用指日可待。

    金刚石纳米线

    图源：科普中国

　　从头盔感应技术到虚拟现实设备

　　《三体》中不止一次提到了头盔感应技术。

　　每次进入三体游戏世界，科学家汪淼都需要穿上虚拟现实装备，装备包括一个全视角显示头盔和一套感应服构成的“V装具”。通过记录视网膜特征，感应服可以使玩家从肉体上感觉到游戏中的击打、刀刺和火烧。

    图源：《三体艺术插画集》by 山野

　　按照原著设定，“V装具”就是虚拟现实设备（Virtual Reality，VR）。它和增强现实技术（Augmented Reality，AR）不同，虚拟现实可在虚拟信息里模拟出现实世界。

　　现今，大部分虚拟现实技术更强调视觉体验，一般是通过电脑屏幕、特殊显示设备或立体显示设备获得的。

　　与V装具头盔接近的设备便是VR头显。

    VR头显

    图源：凤凰网

　　 VR头显可将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。如果要使用VR头显进行游戏，往往还需要配套的手柄或手套用以操控。就目前的实际情况来说，还很难形成一个高逼真的虚拟现实环境，无法拥有三体游戏里那种身临其境的丝滑体验。

　　从“思维透明”“思想钢印”到脑机接口

　　《三体》刻画了两种信息感知机制。

　　其一是思维透明。三体人的信息感知方式是直接发射自己的思维，三体人一开始思考，他的想法别人就能够知道，无法隐藏；

　　其二是思想钢印。第三位面壁者比尔·希恩斯发现了人类思维做出判断的机制，成功研制出一种设备，通过对神经元网络施加影响，使大脑不经思维就作出判断，相信某个信息为真。

　　按照原著设定，思维透明和思想钢印，都是对心智这一神秘领域的重新认识。

    图源：《三体》动画

　　而现实中，让机器直接解码神经活动的技术被称为“脑机接口”。

　　单向脑机接口的情况下，计算机接受大脑传来的命令，或者发送信号到脑，但不能同时发送和接收信号，类似于三体中的思想钢印。

　　双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换，就像三体人的透明思维，可以感知别人，也无法隐藏自己。

　　脑机接口已经在医疗领域有了很多应用，脑控智能轮椅、脑控打字机、脑控机械外骨骼、脑控智能假肢等等都是试图绕开已经坏损的神经或者部位，让机器直接解码神经活动。

　　如何准确地对思维进行解码和编码，是现在脑机接口面临的最大挑战，也是目前无法实现思维钢印，思维透明的根本原因。

    脑机接口

    图源：网易号“蓝海长青智库 ”

　　从无穷能源到可控核聚变试验

　　《三体》世界中的人类社会虽然没有实现罗辑口中的“无穷的能源”，却也是有极度充盈的能源供给支撑起整个地球的无线供电，而这个能源就来自可控核聚变。

    图源：《三体设定集》

　　现实世界中，早在上世纪 50 年代，人类便开始研究用于民用目的的可控核聚变。近几年，“核能新浪潮”抬头，这一“终极能源”的研究更是得到了世界各国的大力推崇。

　　2022年12月5日，美国科研人员在劳伦斯 · 利弗莫尔国家实验室（LLNL）进行了历史上首次可控核聚变实验。

　　核聚变是太阳和恒星的能量来源。在这些星体核心的巨大热量和重力下，氢原子核相互碰撞，聚合成更重的氦原子，并在此过程中释放出大量能量。与其他核反应不同，核聚变不会产生放射性废物。核聚变技术有望为人类提供近乎无限的清洁能源，帮助人类摆脱对化石燃料的依赖。

　　2021年，中国的“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）便实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。依靠该技术，最终建成可控核聚变发电站。

    全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）

    图源：新华社

　　把时间拉长，科技和科幻没有分界线。

　　科技与未来接轨的脚步在不断加速，科幻的无限想象为“黑科技”画出蓝图。期待在未来科学家们通过试验，将《三体》中“飞刃”“思想钢印”“水滴”等表述具象化，展现科技力量！

　　(审核：张宁 策划：李政葳 统筹：穆子叶 撰文：雷渺鑫)

　　参考 | 北京科技报、知乎、科普中国、三体社区、海峡卫视、凤凰网

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）