目前學術界並沒有解決碳納米管纖維量產的問題，而企業界尚未突破技術研發難題，烯灣科技有望在該領域率先突圍，實現新材料領域的彎道超車。
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記者 / 黎明
編輯 / 蘇琦
鄧飛博士在實驗室工作
材料為科技的發展提供了物質基礎。最巨集大的結構，往往由最微小的物質所創造。
在過去，碳纖維作為一種高強度、高模量纖維的新型纖維材料，在產業中得到了廣泛的應用。如今，碳纖維材料的下一代——碳納米管纖維的研發和量產已不再遙不可及，它有一個霸氣的稱號——終極纖維材料。
“碳納米管纖維的力學性能和重量比，比現有的碳纖維要有更大的優勢。性能方面和現有的碳纖維相當，但重量是現在碳纖維的30%。”烯灣科技董事長、首席科學家鄧飛博士表示。
烯灣科技是一家原材料研發製造商，於2016年在深圳成立，旨在開發新一代高性能纖維基材。除深圳總部外，烯灣科技在美國特拉華、日本東京也設有研究所。
在創辦烯灣科技之前，鄧飛博士在美國做了四年研發，突破了相關的技術瓶頸後回國創業。在他看來，目前學術界並沒有解決碳納米管纖維量產的問題，而企業界尚未突破技術研發難題，烯灣科技有望在該領域率先突圍，實現新材料領域的彎道超車。
用種草的方法生產下一代纖維材料
碳納米管是製造碳納米管纖維的基礎材料。上世紀90年代初，日本發現了碳納米管這種新型材料，全球範圍對碳納米管的研究和研發形成一個巨大的潮流。
據鄧飛博士介紹，碳納米管是材料領域導電性能、導熱性能和力學性能最好的材料，除此之外，它還是最輕的材料。
高倍顯微鏡下的碳納米管
碳納米管誕生之初最主要的用途是航空航天器件，將粉末狀的碳納米管分散到樹脂中，可以製造出比金屬更輕同時性能更好的航天器件。
但是這種製備工藝存在一個問題，因為碳納米管是納米材料，當它在納米尺寸的時候，所有性能都是最理想的，但是將它變成肉眼可見的巨集觀材料後，就會喪失掉90%以上的性能。
“在學術界有個尺寸效應：從納米尺寸到微米，再到巨集觀，每過一個尺寸，材料的性能會降幾個數量級。這就是一個連續性和非連續性的問題了。”鄧飛博士說。
為了解決這個問題，碳納米管纖維誕生了。鄧飛博士表示，從2000年左右開始，學術界開始嘗試將千千萬萬根碳納米管擰在一起，做成一種新型的纖維材料，因為碳納米管本身就是材料裡面性能最好的一種理想材料，這種“捆綁”形成的碳納米管纖維，就具備了更高的性能，因此被稱為終極纖維材料。
烯灣科技對碳納米管纖維的研發生產，就是採用的這種方法。
鄧飛博士稱，烯灣科技首先將二氧化碳氣體和催化劑在高溫爐設備中混合，氧脫落後就剩下碳，在催化劑的作用下，碳會垂直長出碳納米管。然後在設備中將碳納米管定向的朝一個方向擺放，讓它去生長。
接下來的過程跟種草非常相似。草從地面上長出來後，利用工具從草的側面將草拽出來，這些草會一根一根的倒下，前面倒下的草會把下面的草帶出來，接下來往外面一扯，草就跟蠶絲一樣變成了纖維。同樣的道理，可以從碳納米管生產出碳納米管纖維。
烯灣科技拉製的碳納米管原絲
烯灣科技製備的碳納米管纖維
而利用碳納米管纖維去製造複合材料的過程，跟做衣服非常相似。棉花紡成絲後，可以用來織布，然後裁剪變成衣服；碳納米管纖維則可以用來紡布，灌入膠水就定型成為複合材料板，然後可以根據需求來設計板材的厚度和形貌。不同之處在於，碳納米管纖維的強度非常高，所以板材的強度、鋼性要比金屬高出很多。
以碳納米管為原材料，烯灣科技製造出三種不同形態的產品，除了纖維，還有粉末和薄膜。 在碳納米管的生長過程中，從側面紡就變成絲，不紡就變成粉末，纖維編織可以變成膜。這三種形態的產品可應用在不同場景。
突破性能和量產限制
構建行業壁壘
作為下一代纖維材料，碳納米管纖維的研發生產的門檻很高。
“目前能夠做到我們的規模，能夠長出可紡的碳納米管，最後把它變成纖維，性能能夠達到我們現在這個樣子，全球只有我們能夠做出來。”鄧飛博士說。
目前，全球共有15個團隊在做碳納米管纖維的研發，其中以高校和科研機構為主，但尚未實現規模和量產，這和碳納米管的特性有關。首先要解決的技術難題是，在巨集觀材料上保持碳納米管在納米尺寸時的性能。
鄧飛博士稱，纖維裡面的千千萬萬根碳納米管，相互之間存在界面，需要讓所有的碳納米管都粘得很緊，或者是排列得很有序，才能夠把它本身的性能傳遞下來，然後發揮到巨集觀材料上。
“怎麽樣很好地控制每一根碳納米管在碳納米管纖維裡面的結構，這個是學術界目前還沒有解決的問題，但是我們解決了這個問題。”鄧飛博士說。
另外，在量產方面，製備碳納米管粉末和纖維等材料的設備尚未實現標準化，這些設備需要研發團隊自己定製，目前市面上並沒有設備供應商，但碳納米管纖維的生長對環境要求很高，這導致規模化生產的難度巨大。
“要實現量產，並控制好性能，這需要一個非常龐大的系統，這是工業界的事情。”鄧飛博士表示。
在企業方面，由於目前行業仍以碳纖維的應用為主，碳納米管纖維尚未引起產業界的廣泛關注，技術研發和產業落地並沒有很清晰的可行路徑。
鄧飛博士稱，碳納米管纖維在學術界是一種大家比較認可的材料，但因為還需要在行業裡經歷磨練，所以大部分人還處於觀望的狀態。
烯灣科技將突破國外技術封鎖，實現新材料領域彎道超車為戰略目標。在鄧飛看來，烯灣科技的核心優勢有兩點，一是實現了能夠超過現有的高性能碳纖維的碳納米管纖維的研發生產，二是證明了產業化可行性，探索出了商業化量產的路徑。
三種產品形態，拓寬應用領域
烯灣科技在行業裡的定位是原材料研發和製造商。鄧飛博士表示，烯灣科技的重點會放在原材料的產量方面和性能穩定方面，做出品質最好的原材料，然後和下遊商共同開發產品。
為了保持企業的自身造血功能，烯灣科技提供粉末、膜、纖維三種不同形態的產品。
烯灣科技生產的碳納米管粉末，導電性能在材料中非常突出，將碳納米管粉末加入到動力電池中，一方面可以大幅度提高性能，另一方面可以降低生產成本。
據鄧飛博士介紹，前期烯灣科技會把碳納米管粉末應用到動力電池、鋰電池以及下一代固體電池，使得電池的充電速度更快，容量提高，安全性更好。去年底，烯灣科技已經和國內外的動力電池廠商展開合作，目前處在顧客反覆送樣並試用的階段。
“第一是要解決他們現在的技術瓶頸，第二是要幫助他們提升產品競爭能力。” 鄧飛博士說。
在這種類型的合作中，烯灣科技屬於原材料生產商，鄧飛博士表示自己不會去做電池的生產，而是作為供應鏈合作夥伴。
碳納米管薄膜的散熱性和導熱性，要比現有的材料高出一個數量級。目前產業界的散熱材料和導熱材料有的是使用碳粉，有的是用石墨烯，在成形的過程中通常需要灌入膠水，導致散熱性減低。但是，碳納米管自己可以成形，可以保持散熱性能不變。
鄧飛博士表示，在膜的散熱和導熱領域，烯灣科技今年年初開始和電子器件廠商展開合作。
高性能複合材料製成的高爾夫球杆
在碳納米管纖維領域，烯灣科技目前主要在做性能穩定性，鄧飛表示將來會進入航空航天領域，以及高端體育用品領域。比說網球拍的拍框，如果使用碳納米管纖維製作，可以減重30%，同時實現更高的韌性。
“我們已經做出全球性能最好的碳納米管纖維，接下來會把它做成布，複合材料板，以及結構材料，這會和下遊整個產業鏈一起合作來做。”鄧飛博士說。
雖然在技術和產品方面已經取得了突破，烯灣科技依然面臨挑戰。最大的困難是如何讓顧客接受這種新型的材料。目前市場對下一代纖維材料的認知並不充分，作為市場的先行者和探索者，烯灣科技需要讓市場認識到產品的價值，從而打開市場。
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