T1000碳纤维。图据中国科学院山西煤炭化学研究所
封面新闻记者 车家竹 综合报道
小说《三体》中描述过这样一个画面，一根“飞刃”将巨轮轻松切割为“薄片”，而这一画面正在变为现实。最近，中国科学院山西煤炭化学研究所磨剑数十年，与有关单位联合打造出国产T1000级高性能碳纤维，这是现实中应用性能最接近“飞刃”的超强材料。这根现实版“飞刃”是如何造出来的？又将撑起哪些硬核未来？
首先，需要解答一个问题，何为高性能碳纤维？高性能碳纤维是世界各国发展高新技术、国防尖端技术和改造传统产业的“血脉”和先导，是我国战略性新兴产业中主要的发展方向之一，被誉为“新材料之王”。T1000级碳纤维还具备高强度、轻量化、耐高低温、耐腐蚀、耐摩擦、导热导电性良好等核心优势，堪称“地表超强材料”，打破我国高端碳纤维的进口依赖，广泛应用于国防军工、航空航天、轨道交通、低空经济等领域，对保障国家战略物资安全具有重要意义。
这种“地表超强材料”，目前已实现量产。从数据上看，它每一股有12000根单丝，单丝直径不到头发丝的十分之一，却抗拉强度极高。1米长的碳纤维只有0.5克重，抗拉强度超6600兆帕，能拉动约200公斤的重物也不会断，是钢材料的7到8倍。
碳纤维生产现场。图据中国科学院山西煤炭化学研究所
那么T1000级高性能碳纤维又是如何造出来的？在化合物聚合之后，通过干喷湿纺的工艺，形成一束原丝。这束原丝看着像生活中常见的透明胶条，但其实它包含有4000根的原丝，两到三束拧成一股，每一股最后就形成了12000根原丝。真正的“神力”，除了诞生之初的聚合，还有用化学反应在原子层面编织出精妙的强韧网络——白色的丝束被送进氧化炉，逐渐变成黄褐色。丝束被送进1000至1500℃的高温炉，分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离，最后只留下高纯度的碳原子。
纯碳材料就能成为超强材料吗？生活中最常见的石墨铅笔芯和T1000碳纤维，本质上都由碳原子构成，但石墨铅笔芯一掰就碎，T1000碳纤维成束之后却能拉动汽车，天差地别的根源，就在看不见的原子“编织”方式里。在微观纺织过程中，碳原子首先会连接成一张极其坚固的六边形网——石墨烯片层。这种网本身非常坚固，但如果无数张这样的网只是简单地堆叠在一起，就会像一摞扑克牌，轻轻一推就散开。石墨铅笔芯就是这种微观结构，一掰就断。而碳纤维的“纺织”工艺，要精妙得多，它就像是用分子胶水，把每一层都不规则地、牢牢黏合在一起，再整体压实。最终形成一个既有纵向纤维、又有横向锁死的超级立体网络。所以，当我们拉扯这根碳纤维时，力量会沿着数以亿计的碳原子网均匀分散。
碳纤维的“轻”承载的是技术突围的“重”。我国自20世纪70年代开展相关领域研究，一代代科学家，从零起步、摸着石头过河。2025年11月30日，在山西省大同市，就已成功实现12K小丝束T1000级碳纤维国产化量产，标志着国产高性能碳纤维规模化量产实现关键性突破，加速我国高端新材料产业的自主化进程。
而如今，这种被称为“黑色黄金”的“地表超强材料”正在走出实验室，成为航空航天、国防军工、新能源、高端装备等国家战略性产业不可或缺的“核心骨架”。
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