發(fā)布時間:2018-11-08來源:辛格林電梯閱讀量:-
當(dāng)前位置:首頁 ? 行業(yè)資訊 ? 太空電梯有著落了! 中國發(fā)明世界強(qiáng)度最大纖維 1立方厘米可承受160頭大象
北京清華大學(xué)的一個研究小組開發(fā)出了一種纖維,他們說這種纖維非常堅固,甚至可以用來建造升降機(jī)。
他們說,這種由碳納米管制成的纖維僅1立方厘米就能夠承受160頭大象或超過800噸的重量。而這一小塊纖維的重量只有1.6克。
“這是一個重大突破,”西安西北工業(yè)大學(xué)重要升降電梯研究中心的科學(xué)家Wang Changqing表示。他沒有參與清華的研究。
中國研究小組已經(jīng)從碳納米管中開發(fā)出一種新的“超長”纖維,他們說這種纖維比以往任何纖維都要堅固。今年早些時候,他們?yōu)檫@項技術(shù)申請了專利,并在《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表了部分研究成果。
“很明顯,碳納米管束的抗拉強(qiáng)度至少是其他材料的9到45倍,”研究小組在論文中說。
他們表示,這種材料“在許多高端領(lǐng)域,如運(yùn)動裝備、彈道裝甲、航空、航天、甚至太空電梯,將有很大需求”。
建造一個可以從地球到太空的升降機(jī)的想法聽起來像是科幻小說里的東西,但它已經(jīng)存在了一個多世紀(jì),科學(xué)家們在近幾十年里想出了各種各樣的設(shè)計。
其中一個想法是將一顆大型衛(wèi)星送入與地球旋轉(zhuǎn)同步的軌道,然后將一根纜繩拉到地面,并固定在地面,然后將另一根纜繩從相反的方向拉伸出去,并與一個平衡裝置相連。
但到目前為止,太空升降機(jī)的想法仍然停留在物理和數(shù)學(xué)模型的領(lǐng)域,因為沒有足夠堅固的材料來制造超輕、超堅固的纜繩。
根據(jù)美國航空航天局(NASA)的數(shù)據(jù),這些纜繩需要擁有不少于70億噸的抗拉強(qiáng)度,才能承受拉伸。
事實上,NASA在2005年發(fā)起了一項全球競賽來開發(fā)這種材料,獎金為200萬美元。沒有人能做到。
現(xiàn)在,清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組表示,他們新的碳納米管纖維的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了800億帕斯卡。
碳納米管是由碳原子組成的圓柱形分子,呈六角形,直徑小至1納米。
它們的抗拉強(qiáng)度是已知的任何材料中較高的——已知材料的抗拉強(qiáng)度理論上較高可達(dá)3000億帕。
但實際上,這些碳納米管必須以纜繩的形式連接在一起,這個過程很困難,而且會影響產(chǎn)品的整體強(qiáng)度。
據(jù)太空升降機(jī)研究人員Wang Changqing表示,該運(yùn)輸系統(tǒng)需要3萬多公里長的纜繩,還需要軌道和護(hù)罩等其他結(jié)構(gòu),以防止太空碎片和其他環(huán)境危害。
Wang Changqing表示:“如果纜繩不夠結(jié)實,它甚至不能承受自己的重量。到目前為止,還沒有足夠強(qiáng)度的材料來完成這項工作?!?/span>
纜繩強(qiáng)度的要求根據(jù)太空升降機(jī)的設(shè)計而有所不同。Wang Changqing表示,碳納米管纖維似乎是目前有前途的候選材料,但需要更多的計算和模擬來評估它的性能。
“纜繩是一個大問題,但它不是僅有的問題,”他補(bǔ)充說。
例如,中國和俄羅斯的太空科學(xué)家正在共同努力,尋找一種安全、有效的方法,將一根細(xì)細(xì)、輕如羽毛的纜繩從高空軌道延伸至地面。
重新進(jìn)入大氣層會產(chǎn)生大量的熱量,這可能會燒毀纜繩,而平衡重量可能需要像小行星一樣的大小才能讓纜繩保持垂直。
Wang Changqing表示,這樣一個項目的規(guī)模和復(fù)雜性將使國際空間站相形見絀。
但包括中國、美國、俄羅斯和日本在內(nèi)都在繼續(xù)支持這項研究。
上個月,日本發(fā)射了兩顆衛(wèi)星,用于研究太空電梯運(yùn)動——這是首次進(jìn)行這一實驗——其中包括一架迷你電梯通過纜繩從一顆衛(wèi)星傳送到另一顆衛(wèi)星。
它還沒有報告該實驗結(jié)果。中國也進(jìn)行了太空纜繩試驗,但細(xì)節(jié)保密。
盡管實現(xiàn)太空電梯仍為時尚早,但魏教授表示,他的團(tuán)隊正試圖將碳納米管纖維大規(guī)模生產(chǎn),用于國防或其他領(lǐng)域。
他表示:“這可能會在許多領(lǐng)域改變游戲規(guī)則?!?/span>
文章轉(zhuǎn)載電梯工業(yè)雜志公眾號
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2022-03-18