关于碳中和的误区
碳中和是一个非常复杂的系统工程，需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳；每个行业对自己的减碳路线都有所强调，但对其他行业的减碳路径及各种路径对减碳贡献的量不是很清晰，大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，存在以下几个误区，需要用数据来说明：
第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了，因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。这句话只对了1/5到1/6。因为一年有8760小时，而中国的太阳能每年发电小时数因地而异，在1100小时到2000多小时之间不等，超过2000多小时的区域不多，全国平均大约在1450-1750小时左右。也就是说太阳能大约在1/6–1/5的时间段比火电便宜；而在其他5/6-4/5的时间段，如果要储电，其成本会远远高于火电。风能每年发电的时间比太阳能略微长一点，大约是2000小时左右，但电是需要24小时供的，不能说一个电厂一年只供一两千小时，因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电，没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了，但最大的问题是非稳定供电。
不可否认，中国的风能和太阳能发展了将近四十年确实发展很大，取得非常大的成绩，我们给这个领域做出贡献的科学家、工程师必须致以崇高的敬意。但是发展了四十年到今天，尽管风能、太阳能增量巨大，可与煤电相比仍然相当有限。以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于约1.92亿吨标准煤的发电量，也就是说，上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。
而且，电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算，目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电，这是不可想象的。况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。在这种情况下，弃光弃风的问题非常严重，因为电网只能容纳~15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。如果继续增加风能、太阳能的同时，大规模储能问题解决不了，只能废弃更多。
弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，就是因为太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15%可以容纳，多于15%容纳不了，随着智能电网的发展，这个比例会有所上升，但仍然需要时间；二是机制因素，地方保护主义的存在可能会让地方出于对当地GDP的考虑，宁可用当地的火电，也因各种原因不用风电、光电、水电。机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的，但技术问题解决依赖于科学和技术的发展，这个发展过程是难以预测的，仍然需要时间。
因此，太阳能和风能需要大力发展，但在储电成本仍然很高的当前，在可见的未来仍然无法完全取代化石能源发电。
第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术，认为如果储能技术进步，风能和太阳能就能彻底取代火电。这个假设太大了，因为自铅酸电池发明至今一百多年来，人类花了数千亿美元的研发经费研究储能，可从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米，电池的能量密度并没有得到革命性的根本的改变。要知道，汽油是8600千瓦时/立方米。同时，迄今大规模GW（十亿瓦特发电装机容量）级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。
我回国之前和曾和原GE核能的总经理交流，他在一次公开演讲中也提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题，但是讲完就下来跟我说，别看我在会上那么讲，真正要去做还不如干核能，核能比零污染火电厂便宜多了。当然，那会儿福岛核电站事故还没有发生，核能可以做。法国现在60%多将近70%就是核能，做了几十年了。但是福岛核电站泄露事故之后，全世界都在提高核能的安全系数，这个安全系数到后期每提高一点，成本就增加很多。核能是减碳很重要的base load发电技术，但人们能否接受因其高成本而导致的高电价需要讨论。因此，碳中和的事不光是一个技术的问题，更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在在电厂把二氧化碳分离，分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏这条路，在可以驱油的地方可以改，还有一些经济效益，我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本主要是把二氧化碳在锅炉尾气中分离出来的成本，我们算过，假设打到地下的CO2的成本为30美元一吨，其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳，5美元是输送到埋藏点，另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心，成本也最大。在目前的技术手段下，靠CCUS利用来处理的成本很高，作用也是有限的，当然这方面的成本通过研发也可以降一些，经济上能否有竞争力，取决于未来碳税的价格。
实际上，我刚刚讲的每一件事，比如风能、太阳能、CO2转化、CCS、CCUS都对碳中和有贡献，我们每一个都应该去投入研发、去实施，但是目前的技术水平在量上对碳中和的贡献是有限的。当然，这不是说让大家不去做，我们每一个人能应该竭尽全力去推动以上减碳的技术进步，都努力去做，毕竟积少成多。
第五个误区是认为通过提高能效可以显著降低工业流程、产品使用中的碳排放，就可以实现碳中和。能效永远要提高，提高能效是世界上成本最低的减碳路线。但是我经常问一句话，加入WTO这二十年来，我们国家的能效提高了还是降低了？我们能效提高了很多。但是碳排放的总量是增加了还是减少了？由于我国经济和生产水平的飞速发展，前10年我们碳排放增加得更多。我记得2000年中国的石油消耗大概是2点几亿吨，2010年大概是4亿吨，到去年是近7.5亿吨。2000年中国的煤炭消耗是13.8亿吨，2020年近40亿吨。并且在新增的诸多工业门类中，已经很大程度地提高了能效、减少了排放。
我是做能源的，从能源的数据变化可以看到整个社会的变化。我们加入WTO之前有一个很重要的数字，中国的煤产量大概是13亿吨，基本上自产自销，出口有一点，但很少。结果到2013年短短13年的时间从约13亿吨飙升到约39亿吨，这是一个天量，当然也伴随着碳排放。这该怎么解读？唯一的解读是加入WTO，世界的市场向中国开放了。当然，这一期间我们大量的房地产建设也是一个因素。煤的耗量表示电的耗量，电的耗量表示工业化的程度。这期间能效肯定提高了很多，但是单凭能效也难以解决碳中和的问题。因此，提高能效是减碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的，提高能效确实是成本最低的减低碳排放的方式，也是最应该优先做的，但是有一个现实的考量就是不能光靠能效提高就能够达到碳中和。
第六个误区是认为电动车可以降低碳排放。前段时间，我在网易公开课上讲《电动车和氢能的历史与未来》，全国大概有十几万人观看，很多领导看完以后跟我讨论这个问题：为什么我们要发展电动车？很简单，主要是因为中国的石油不够，我们石油73%靠进口；还有就是雾霾等环境问题。
我们石油不够，寄望于我们已建成的超强的发电能力，这样发展电动车是有好处的。一年8760小时，但我们已建成的火电厂太多，为了让大家都有饭吃，很多火电厂实际发电每年不到4千小时，这是资产的巨大浪费。而且毕竟电动车可以让局部的污染降下来，比如东部地区的用电很多是在西部内蒙、新疆等地发的，污染在西部排放，不在东部地区排放。但是，在全生命周期的碳排放分析看来，电动车考虑到电池生产过程中的排放，如果电网里的电大部分仍然是火电，电动车对减碳及全球气候变化影响非常有限。
为什么靠电动车不能完全解决碳中和的问题？只有中国的能源结构彻底改变以后，电动车才能算得上清洁能源，也才有可能做到碳中和。如果能源结构不改变，如果电网主要还是煤电，那电动车的扩张对减少碳排放的贡献非常有限，这个你们去算一下就知道了。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候，电动车才能算得上清洁能
大家老在谈一个问题，说假设马六甲海峡封了以后我们能源安全的问题怎么解决？但是这个东西你要仔细考虑，靠电网是解决不了的。因为电网在现代战争中是最脆弱的东西。石油可以到处分布储藏在数万个点，一个油库损毁，其他的还可以用。但一个城市的电网只要配电中心一旦毁坏，很容易引起大面积停电。
有的时候，能源政策和碳排放的政策不能因为假设战争发生，别人打我，就不顾成本干一些高成本东西。第一，传统模式的战争发生是小概率事件；第二，真正到战时，很多问题是靠一个国家的制海权、制空权等综合能力去决定的，而不是说靠电动车就能够解决问题的。
宝丰能源氢能 甲醇
碳中和是一个非常复杂的系统工程，需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳；每个行业对自己的减碳路线都有所强调，但对其他行业的减碳路径及各种路径对减碳贡献的量不是很清晰，大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，存在以下几个误区，需要用数据来说明：
第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了，因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。这句话只对了1/5到1/6。因为一年有8760小时，而中国的太阳能每年发电小时数因地而异，在1100小时到2000多小时之间不等，超过2000多小时的区域不多，全国平均大约在1450-1750小时左右。也就是说太阳能大约在1/6–1/5的时间段比火电便宜；而在其他5/6-4/5的时间段，如果要储电，其成本会远远高于火电。风能每年发电的时间比太阳能略微长一点，大约是2000小时左右，但电是需要24小时供的，不能说一个电厂一年只供一两千小时，因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电，没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了，但最大的问题是非稳定供电。
不可否认，中国的风能和太阳能发展了将近四十年确实发展很大，取得非常大的成绩，我们给这个领域做出贡献的科学家、工程师必须致以崇高的敬意。但是发展了四十年到今天，尽管风能、太阳能增量巨大，可与煤电相比仍然相当有限。以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于约1.92亿吨标准煤的发电量，也就是说，上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。
而且，电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算，目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电，这是不可想象的。况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。在这种情况下，弃光弃风的问题非常严重，因为电网只能容纳~15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。如果继续增加风能、太阳能的同时，大规模储能问题解决不了，只能废弃更多。
弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，就是因为太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15%可以容纳，多于15%容纳不了，随着智能电网的发展，这个比例会有所上升，但仍然需要时间；二是机制因素，地方保护主义的存在可能会让地方出于对当地GDP的考虑，宁可用当地的火电，也因各种原因不用风电、光电、水电。机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的，但技术问题解决依赖于科学和技术的发展，这个发展过程是难以预测的，仍然需要时间。
因此，太阳能和风能需要大力发展，但在储电成本仍然很高的当前，在可见的未来仍然无法完全取代化石能源发电。
第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术，认为如果储能技术进步，风能和太阳能就能彻底取代火电。这个假设太大了，因为自铅酸电池发明至今一百多年来，人类花了数千亿美元的研发经费研究储能，可从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米，电池的能量密度并没有得到革命性的根本的改变。要知道，汽油是8600千瓦时/立方米。同时，迄今大规模GW（十亿瓦特发电装机容量）级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。
我回国之前和曾和原GE核能的总经理交流，他在一次公开演讲中也提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题，但是讲完就下来跟我说，别看我在会上那么讲，真正要去做还不如干核能，核能比零污染火电厂便宜多了。当然，那会儿福岛核电站事故还没有发生，核能可以做。法国现在60%多将近70%就是核能，做了几十年了。但是福岛核电站泄露事故之后，全世界都在提高核能的安全系数，这个安全系数到后期每提高一点，成本就增加很多。核能是减碳很重要的base load发电技术，但人们能否接受因其高成本而导致的高电价需要讨论。因此，碳中和的事不光是一个技术的问题，更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在在电厂把二氧化碳分离，分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏这条路，在可以驱油的地方可以改，还有一些经济效益，我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本主要是把二氧化碳在锅炉尾气中分离出来的成本，我们算过，假设打到地下的CO2的成本为30美元一吨，其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳，5美元是输送到埋藏点，另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心，成本也最大。在目前的技术手段下，靠CCUS利用来处理的成本很高，作用也是有限的，当然这方面的成本通过研发也可以降一些，经济上能否有竞争力，取决于未来碳税的价格。
实际上，我刚刚讲的每一件事，比如风能、太阳能、CO2转化、CCS、CCUS都对碳中和有贡献，我们每一个都应该去投入研发、去实施，但是目前的技术水平在量上对碳中和的贡献是有限的。当然，这不是说让大家不去做，我们每一个人能应该竭尽全力去推动以上减碳的技术进步，都努力去做，毕竟积少成多。
第五个误区是认为通过提高能效可以显著降低工业流程、产品使用中的碳排放，就可以实现碳中和。能效永远要提高，提高能效是世界上成本最低的减碳路线。但是我经常问一句话，加入WTO这二十年来，我们国家的能效提高了还是降低了？我们能效提高了很多。但是碳排放的总量是增加了还是减少了？由于我国经济和生产水平的飞速发展，前10年我们碳排放增加得更多。我记得2000年中国的石油消耗大概是2点几亿吨，2010年大概是4亿吨，到去年是近7.5亿吨。2000年中国的煤炭消耗是13.8亿吨，2020年近40亿吨。并且在新增的诸多工业门类中，已经很大程度地提高了能效、减少了排放。
我是做能源的，从能源的数据变化可以看到整个社会的变化。我们加入WTO之前有一个很重要的数字，中国的煤产量大概是13亿吨，基本上自产自销，出口有一点，但很少。结果到2013年短短13年的时间从约13亿吨飙升到约39亿吨，这是一个天量，当然也伴随着碳排放。这该怎么解读？唯一的解读是加入WTO，世界的市场向中国开放了。当然，这一期间我们大量的房地产建设也是一个因素。煤的耗量表示电的耗量，电的耗量表示工业化的程度。这期间能效肯定提高了很多，但是单凭能效也难以解决碳中和的问题。因此，提高能效是减碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的，提高能效确实是成本最低的减低碳排放的方式，也是最应该优先做的，但是有一个现实的考量就是不能光靠能效提高就能够达到碳中和。
第六个误区是认为电动车可以降低碳排放。前段时间，我在网易公开课上讲《电动车和氢能的历史与未来》，全国大概有十几万人观看，很多领导看完以后跟我讨论这个问题：为什么我们要发展电动车？很简单，主要是因为中国的石油不够，我们石油73%靠进口；还有就是雾霾等环境问题。
我们石油不够，寄望于我们已建成的超强的发电能力，这样发展电动车是有好处的。一年8760小时，但我们已建成的火电厂太多，为了让大家都有饭吃，很多火电厂实际发电每年不到4千小时，这是资产的巨大浪费。而且毕竟电动车可以让局部的污染降下来，比如东部地区的用电很多是在西部内蒙、新疆等地发的，污染在西部排放，不在东部地区排放。但是，在全生命周期的碳排放分析看来，电动车考虑到电池生产过程中的排放，如果电网里的电大部分仍然是火电，电动车对减碳及全球气候变化影响非常有限。
为什么靠电动车不能完全解决碳中和的问题？只有中国的能源结构彻底改变以后，电动车才能算得上清洁能源，也才有可能做到碳中和。如果能源结构不改变，如果电网主要还是煤电，那电动车的扩张对减少碳排放的贡献非常有限，这个你们去算一下就知道了。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候，电动车才能算得上清洁能
大家老在谈一个问题，说假设马六甲海峡封了以后我们能源安全的问题怎么解决？但是这个东西你要仔细考虑，靠电网是解决不了的。因为电网在现代战争中是最脆弱的东西。石油可以到处分布储藏在数万个点，一个油库损毁，其他的还可以用。但一个城市的电网只要配电中心一旦毁坏，很容易引起大面积停电。
有的时候，能源政策和碳排放的政策不能因为假设战争发生，别人打我，就不顾成本干一些高成本东西。第一，传统模式的战争发生是小概率事件；第二，真正到战时，很多问题是靠一个国家的制海权、制空权等综合能力去决定的，而不是说靠电动车就能够解决问题的。
宝丰能源氢能 甲醇
NaVi分析师：SANJI或因态度消极被下放
这位分析师表示，VP俱乐部的新体育主管Ivan Lazar' Lazarev已经做出该决定，因为SANJI在工作中态度消极。但是，有关于具体将在什么时候做出阵容调整，改分析师表示不清楚。
自2019年12月从AVANGAR加入VP以来，SANJI就一直代表队伍出战，期间夺得了Flashpoint 2和cs_summit 7的冠军。作为上帝Jame的指定工具人，SANJI经常为上帝起狙，自己却使用垃圾枪械进行战斗。
#CSGO[超话]##CSGO#
这位分析师表示，VP俱乐部的新体育主管Ivan Lazar' Lazarev已经做出该决定，因为SANJI在工作中态度消极。但是，有关于具体将在什么时候做出阵容调整，改分析师表示不清楚。
自2019年12月从AVANGAR加入VP以来，SANJI就一直代表队伍出战，期间夺得了Flashpoint 2和cs_summit 7的冠军。作为上帝Jame的指定工具人，SANJI经常为上帝起狙，自己却使用垃圾枪械进行战斗。
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【把石墨烯卷起来 “万能”的碳纳米管或改变未来】自碳纳米管被发现30年来，我国研究水平基本上与世界先进水平并驾齐驱，并在部分领域处于世界领先。碳纳米管导电剂一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面；碳纳米管薄膜成功用于高端户外保暖服以及医疗康复等产业；基于半导体型碳纳米管的集成电路和显示器背板驱动器件也被开发出来……
近日，国内最大的碳纳米管生产企业——江苏天奈科技股份有限公司（以下简称天奈科技）发布公告称，预计2021年上半年实现净利润1.1亿—1.5亿元，同比增加235.41%—357.37%。业绩高速增长归功于该公司开发的碳纳米管导电剂，一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面。
自被发现以来，碳纳米管就在全球范围内掀起一股研究热潮。近年来，全球加速挖掘碳纳米管技术落地的途径，相关技术突破成果不断。
一根长度米级、直径纳米级的管
作为最重要的生命元素，“碳”一直在生命演化和能源提供方面扮演着举足轻重的角色。1985年，“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。1991年，日本物理学家饭岛澄男在电弧法制备的碳材料中观察到了碳纳米管，从此开启了碳纳米管研究的热潮。
“从结构上来说，碳纳米管可以形象地看做是由单层或者多层石墨烯无缝卷曲而成的中空管状结构。”中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称苏州纳米所）研究员李清文告诉科技日报记者。
碳纳米管就像一根细长的头发丝，它的长度可以达到米级，而直径却可以小到纳米尺度。这么细长的纳米管状结构是怎么制备出来的呢？
饭岛澄男首次发现的碳纳米管是通过电弧放电法制得的。现在，碳纳米管已经发展出激光烧蚀法、化学气相沉积法(CVD)、固相热解法等多种制备方法。其中，CVD法因成本低廉、可控性好、易于规模化制备而被广泛采用。
李清文介绍说，用CVD制备碳纳米管时，碳原子在催化剂表面吸附、扩散、溶解并达到饱和后析出形成碳纳米管。催化剂作为碳纳米管成核生长的位点，对于碳纳米管的直径、壁数、手性起着决定性作用。催化剂结构设计以及生长条件调控是实现碳纳米管可控生长的重要途径。
作为纳米碳材料家族的重要一员，碳纳米管以其优异的力学、电学和热学特性被誉为“万能基材”，在结构功能一体化复合材料、电池电极、集成电路、传感器件、电加热器件等领域具有巨大的应用前景。
1996年诺贝尔化学奖得主、富勒烯的发现者斯莫利认为，碳纳米管是人们所能制造出来的最强、最刚、最硬的材料，同时也是最好的热和电的导体。
“碳纳米管强度是同体积钢的100倍，重量却只有钢的1/6—1/7。”李清文解释说，碳纳米管的长径比达106以上，因而又被称作超级纤维。
碳纳米管的奇特之处还在于其特殊的电学性质，根据其结构不同，碳纳米管可展现出金属性和半导体性，为开发新型电子器件奠定了基础。
我国研究达到世界先进水平
碳纳米管的研究至今已有30年，李清文认为，我国科学家在碳纳米管方面的研究水平基本上与世界先进水平并驾齐驱，并在部分领域处于世界领先水平。
在碳纳米管基础研究方面，北京大学张锦团队、李彦团队在导电性可控碳纳米管合成、单手性碳纳米管合成与分离等方面做出了重要贡献。北京大学彭练矛团队在碳纳米管电子器件方面取得了重大进展。在碳纳米管应用方面，清华大学魏飞团队在碳纳米管宏量制备、高强碳纳米管纤维、碳纳米管导电添加剂等方面业绩不菲。
作为我国纳米材料研究的国家队，苏州纳米所从2007年起，一直围绕碳纳米管可控制备和前沿应用开展研究工作，发表高水平论文300余篇，在电子级单壁碳纳米管分离、碳纳米管纤维与薄膜的规模制备、碳纳米管复合材料以及能源器件应用方面取得多项重大成果。
2013年，以平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”诞生。近两年，碳纳米管电子器件的性能及尺寸一次次被突破。
如何获得高纯度、高质量的半导体型单壁碳纳米管是实现电子级应用的前提。
李清文告诉记者，她带领的团队于2018年实现了纯度大于99.99%的半导体型单壁碳纳米管的高浓度分离，以及部分单手性碳纳米管的高效筛选。在此基础上，他们与国内其他高校院所合作，共同实现了基于半导体型碳纳米管的集成电路和显示器背板驱动器件的开发。
被称作超级纤维的碳纳米管，制成纤维与薄膜后，与传统高性能纤维和薄膜材料相比，具有优异的柔韧性、导电和导热性能。
经过多年研究，目前李清文团队已经实现了千米级连续碳纳米管纤维连续制备，突破了万平方米级碳纳米管薄膜的干法规模化制备技术。
同时，苏州纳米所科研人员采用高取向碳纳米管薄膜开发了碳纳米管含量高达60%以上的新型碳纳米管复合材料，其强度为碳纤维复合材料的两倍以上；开发了碳纳米管薄膜的电热固化复合材料新工艺，有望为复合材料在线修复、机翼除冰带来新的设计策略。
碳纳米管研究成果加速落地
被称为“黑金”的碳纳米管，曾被科学家预言，有望成为“彻底改变21世纪”的神奇材料之一。
作为目前中国碳纳米管的龙头企业，天奈科技成功开发了一种独特的催化反应工艺，实现了碳纳米管的连续化生产，生产能力可达千吨级。近两年，天奈科技的碳纳米管导电剂产品出货量和销售额均居行业首位，一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面。
锂电池导电剂的利用，只是碳纳米管产业化的冰山一角。
作为国家战略新兴材料，碳纳米管材料在导电塑料、轻质高强复合材料、宽频段轻质电磁屏蔽、冲击防护、智能材料、电子器件等方面也具有广泛的应用。其中基于碳纳米管的加热膜、导电塑料、复合材料等材料的市场前景也越来越好。
“我们在加强前沿探索的同时，积极开展碳纳米管的应用研发，发展出轻量化碳纳米管/金属复合导线技术，以及卫星用轻质电缆。开发的碳纳米管加热保暖服装已获得多家国际品牌使用，成为冬奥会产品之一。”李清文说。基于该团队的技术，苏州捷迪纳米科技有限公司实现了碳纳米管薄膜的产业化，产能达10万平方米/年，成功开拓了该产品在高端户外保暖服以及医疗康复等方面的应用。
“碳纳米管作为一种新兴材料，未来还可能拓展应用于导电塑料、半导体器件、轻质高强复合材料、宽频段轻质电磁屏蔽、冲击防护、智能器件等领域，并有望给这些领域带来变革性的发展。”李清文说。
近日，国内最大的碳纳米管生产企业——江苏天奈科技股份有限公司（以下简称天奈科技）发布公告称，预计2021年上半年实现净利润1.1亿—1.5亿元，同比增加235.41%—357.37%。业绩高速增长归功于该公司开发的碳纳米管导电剂，一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面。
自被发现以来，碳纳米管就在全球范围内掀起一股研究热潮。近年来，全球加速挖掘碳纳米管技术落地的途径，相关技术突破成果不断。
一根长度米级、直径纳米级的管
作为最重要的生命元素，“碳”一直在生命演化和能源提供方面扮演着举足轻重的角色。1985年，“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。1991年，日本物理学家饭岛澄男在电弧法制备的碳材料中观察到了碳纳米管，从此开启了碳纳米管研究的热潮。
“从结构上来说，碳纳米管可以形象地看做是由单层或者多层石墨烯无缝卷曲而成的中空管状结构。”中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所（以下简称苏州纳米所）研究员李清文告诉科技日报记者。
碳纳米管就像一根细长的头发丝，它的长度可以达到米级，而直径却可以小到纳米尺度。这么细长的纳米管状结构是怎么制备出来的呢？
饭岛澄男首次发现的碳纳米管是通过电弧放电法制得的。现在，碳纳米管已经发展出激光烧蚀法、化学气相沉积法(CVD)、固相热解法等多种制备方法。其中，CVD法因成本低廉、可控性好、易于规模化制备而被广泛采用。
李清文介绍说，用CVD制备碳纳米管时，碳原子在催化剂表面吸附、扩散、溶解并达到饱和后析出形成碳纳米管。催化剂作为碳纳米管成核生长的位点，对于碳纳米管的直径、壁数、手性起着决定性作用。催化剂结构设计以及生长条件调控是实现碳纳米管可控生长的重要途径。
作为纳米碳材料家族的重要一员，碳纳米管以其优异的力学、电学和热学特性被誉为“万能基材”，在结构功能一体化复合材料、电池电极、集成电路、传感器件、电加热器件等领域具有巨大的应用前景。
1996年诺贝尔化学奖得主、富勒烯的发现者斯莫利认为，碳纳米管是人们所能制造出来的最强、最刚、最硬的材料，同时也是最好的热和电的导体。
“碳纳米管强度是同体积钢的100倍，重量却只有钢的1/6—1/7。”李清文解释说，碳纳米管的长径比达106以上，因而又被称作超级纤维。
碳纳米管的奇特之处还在于其特殊的电学性质，根据其结构不同，碳纳米管可展现出金属性和半导体性，为开发新型电子器件奠定了基础。
我国研究达到世界先进水平
碳纳米管的研究至今已有30年，李清文认为，我国科学家在碳纳米管方面的研究水平基本上与世界先进水平并驾齐驱，并在部分领域处于世界领先水平。
在碳纳米管基础研究方面，北京大学张锦团队、李彦团队在导电性可控碳纳米管合成、单手性碳纳米管合成与分离等方面做出了重要贡献。北京大学彭练矛团队在碳纳米管电子器件方面取得了重大进展。在碳纳米管应用方面，清华大学魏飞团队在碳纳米管宏量制备、高强碳纳米管纤维、碳纳米管导电添加剂等方面业绩不菲。
作为我国纳米材料研究的国家队，苏州纳米所从2007年起，一直围绕碳纳米管可控制备和前沿应用开展研究工作，发表高水平论文300余篇，在电子级单壁碳纳米管分离、碳纳米管纤维与薄膜的规模制备、碳纳米管复合材料以及能源器件应用方面取得多项重大成果。
2013年，以平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”诞生。近两年，碳纳米管电子器件的性能及尺寸一次次被突破。
如何获得高纯度、高质量的半导体型单壁碳纳米管是实现电子级应用的前提。
李清文告诉记者，她带领的团队于2018年实现了纯度大于99.99%的半导体型单壁碳纳米管的高浓度分离，以及部分单手性碳纳米管的高效筛选。在此基础上，他们与国内其他高校院所合作，共同实现了基于半导体型碳纳米管的集成电路和显示器背板驱动器件的开发。
被称作超级纤维的碳纳米管，制成纤维与薄膜后，与传统高性能纤维和薄膜材料相比，具有优异的柔韧性、导电和导热性能。
经过多年研究，目前李清文团队已经实现了千米级连续碳纳米管纤维连续制备，突破了万平方米级碳纳米管薄膜的干法规模化制备技术。
同时，苏州纳米所科研人员采用高取向碳纳米管薄膜开发了碳纳米管含量高达60%以上的新型碳纳米管复合材料，其强度为碳纤维复合材料的两倍以上；开发了碳纳米管薄膜的电热固化复合材料新工艺，有望为复合材料在线修复、机翼除冰带来新的设计策略。
碳纳米管研究成果加速落地
被称为“黑金”的碳纳米管，曾被科学家预言，有望成为“彻底改变21世纪”的神奇材料之一。
作为目前中国碳纳米管的龙头企业，天奈科技成功开发了一种独特的催化反应工艺，实现了碳纳米管的连续化生产，生产能力可达千吨级。近两年，天奈科技的碳纳米管导电剂产品出货量和销售额均居行业首位，一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面。
锂电池导电剂的利用，只是碳纳米管产业化的冰山一角。
作为国家战略新兴材料，碳纳米管材料在导电塑料、轻质高强复合材料、宽频段轻质电磁屏蔽、冲击防护、智能材料、电子器件等方面也具有广泛的应用。其中基于碳纳米管的加热膜、导电塑料、复合材料等材料的市场前景也越来越好。
“我们在加强前沿探索的同时，积极开展碳纳米管的应用研发，发展出轻量化碳纳米管/金属复合导线技术，以及卫星用轻质电缆。开发的碳纳米管加热保暖服装已获得多家国际品牌使用，成为冬奥会产品之一。”李清文说。基于该团队的技术，苏州捷迪纳米科技有限公司实现了碳纳米管薄膜的产业化，产能达10万平方米/年，成功开拓了该产品在高端户外保暖服以及医疗康复等方面的应用。
“碳纳米管作为一种新兴材料，未来还可能拓展应用于导电塑料、半导体器件、轻质高强复合材料、宽频段轻质电磁屏蔽、冲击防护、智能器件等领域，并有望给这些领域带来变革性的发展。”李清文说。
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