?碳纖維：軍事強(qiáng)國(guó)必爭(zhēng)之材??

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)既是高技術(shù)裝備之戰(zhàn)，也是高性能材料之戰(zhàn)。碳纖維性能優(yōu)異，外柔內(nèi)剛，兼具電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等綜合特性。它強(qiáng)度高、韌性好，可大幅提升現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)性能。有著低密度、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐摩擦、耐腐蝕、導(dǎo)電、抗沖擊、電磁屏蔽效果好等一系列優(yōu)越的性能，除了在民用工業(yè)（例如汽車(chē)制造、機(jī)械配件、體育用品、高鐵零件等）有廣泛的使用，也是極其重要的軍事戰(zhàn)略材料。

?“黑色黃金”碳纖維

碳纖維起源可追溯至1860年，由英國(guó)人瑟夫·斯旺在制作電燈燈絲中發(fā)明并獲得專(zhuān)利。它是一種纖維狀碳材料，呈黑色，質(zhì)堅(jiān)硬，是一種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫，又能像銅那樣導(dǎo)電，具有電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等綜合優(yōu)異性能的新型材料，因其制造技術(shù)難度大、實(shí)用價(jià)值高，被業(yè)界譽(yù)為“黑色黃金”。

碳纖維“外柔內(nèi)剛”，不僅具有碳材料的本質(zhì)特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟和可加工性，是新一代高性能增強(qiáng)纖維。比頭發(fā)絲還細(xì)幾倍的碳纖維與樹(shù)脂、碳、陶瓷、金屬等基體經(jīng)過(guò)特殊復(fù)合成型工藝制造，即可獲得性能優(yōu)異的碳纖維復(fù)合材料，能夠廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、交通、軍用裝備等眾多領(lǐng)域，是國(guó)防軍工和民用生產(chǎn)生活的重要材料。

??難上難：制造工藝復(fù)雜精細(xì)??

20世紀(jì)50年代，為了解決導(dǎo)彈噴管和彈頭耐高溫、耐腐蝕等關(guān)鍵技術(shù)難題，美國(guó)率先研制出粘膠基碳纖維。1959年，日本近藤昭男發(fā)明了聚丙烯腈基碳纖維。由于碳纖維在軍事領(lǐng)域凸顯出提升武器裝備性能的優(yōu)異表現(xiàn)，引起了軍事強(qiáng)國(guó)的高度重視。隨后一些國(guó)家重點(diǎn)投入，不斷研制出更高性能、更多品種的碳纖維。日本先后突破高強(qiáng)、高模性兼?zhèn)涞纫幌盗嘘P(guān)鍵技術(shù)難題，使所研制的碳纖維復(fù)合材料獨(dú)具優(yōu)異的抗疲勞性能和環(huán)境適應(yīng)能力，其整體水平一路領(lǐng)先。

??強(qiáng)中強(qiáng)：國(guó)防裝備脫胎換骨??

據(jù)外媒報(bào)道，傲視群雄的F-35戰(zhàn)斗機(jī)首飛時(shí)間一推再推，其中一個(gè)很重要原因，就是超重。為破解這一難題，洛克希德·馬丁公司采取了很多辦法，最終采用多達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料才大幅降低了機(jī)體重量。所以從某種意義上說(shuō)，是碳纖維復(fù)合材料成就了F-35戰(zhàn)機(jī)。如今，碳纖維復(fù)合材料不僅成為實(shí)現(xiàn)高隱身性能不可或缺的基礎(chǔ)性材料，更成為衡量武器裝備系統(tǒng)先進(jìn)性能的重要標(biāo)志。比如，由于X-47B、全球鷹、全球觀察者、西風(fēng)等飛行器應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料比例更高，使得其有效載荷、續(xù)航能力和生存能力均實(shí)現(xiàn)了新突破。

??優(yōu)中優(yōu)：事關(guān)國(guó)家安全利益??

外軍認(rèn)為，現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)既是高技術(shù)裝備之戰(zhàn)，更是高性能材料之戰(zhàn)?，F(xiàn)代武器裝備發(fā)展，隱身化、低能耗、高機(jī)動(dòng)性、大載荷等趨勢(shì)凸顯，對(duì)碳纖維及復(fù)合材料性能要求越來(lái)越高。因此研制更高強(qiáng)度、更高模量的碳纖維和與之相匹配的高性能作戰(zhàn)系統(tǒng)，已成為軍事強(qiáng)國(guó)比拼尖端實(shí)力的重頭戲。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家正在碳纖維、先進(jìn)樹(shù)脂和制造技術(shù)三個(gè)方向上重點(diǎn)突進(jìn)。

近年來(lái)，為適應(yīng)我國(guó)國(guó)防建設(shè)發(fā)展需要，碳纖維及其復(fù)合材料已被列為國(guó)家重點(diǎn)支持的項(xiàng)目。專(zhuān)家認(rèn)為，著眼未來(lái)建設(shè)完整自主的高水平產(chǎn)業(yè)鏈，努力把事關(guān)國(guó)家安全利益的核心技術(shù)真正掌握在自己手中，乃是實(shí)現(xiàn)興國(guó)強(qiáng)軍中國(guó)夢(mèng)的必由之路。

??石墨烯：引領(lǐng)軍事科技前沿??

石墨烯是已知的最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明，質(zhì)輕且具有良好的柔韌性和超強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，在微電子、光電子和新材料等高技術(shù)軍事領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛能。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量資金，重點(diǎn)開(kāi)展石墨烯在超級(jí)計(jì)算機(jī)、高靈敏傳感器、便攜電子器件和先進(jìn)防護(hù)材料等與國(guó)防密切相關(guān)領(lǐng)域的戰(zhàn)略性開(kāi)發(fā)，以期占據(jù)軍事前沿技術(shù)的制高點(diǎn)。

更細(xì)小更節(jié)能運(yùn)算速度更快的石墨烯芯片石墨烯將提高計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和運(yùn)算能力，減小體積，降低能耗計(jì)算機(jī)是武器火控系統(tǒng)的核心，其數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力決定著彈道計(jì)算和快速打擊的精準(zhǔn)度。石墨烯器件制成的計(jì)算機(jī)速度比硅基微處理器高1000倍達(dá)太赫茲，在裝備設(shè)計(jì)制造模擬、戰(zhàn)場(chǎng)模擬、核爆模擬以及情報(bào)分析有重要意義，另外石墨烯器件還具有尺寸小、耗能低、發(fā)熱量少等特點(diǎn)。為此，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局早已將開(kāi)發(fā)尺寸更小、計(jì)算能力更快的石墨烯基微電子裝置列入研究計(jì)劃。石墨烯將提高傳感器的靈敏度，促進(jìn)微型化石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)性能，經(jīng)加工還可獲得高靈敏度的磁學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)特性，是制備新型輕薄傳感器最有潛質(zhì)的材料。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視軍用石墨烯傳感器的研發(fā)。位于美國(guó)麻省理工學(xué)院的士兵納米技術(shù)研究所把利用石墨烯技術(shù)開(kāi)發(fā)具備高靈敏度、可調(diào)光譜選擇性和快速響應(yīng)特性的新一代紅外夜視系統(tǒng)列為研究目標(biāo)。2014年，美國(guó)密歇根大學(xué)研究者將石墨烯夾入鏡片之間，構(gòu)建了一種能捕捉可見(jiàn)光和紅外線的傳感器。鏡片可做成比手指甲更小，結(jié)合于隱形眼鏡中，未來(lái)這種智能隱形眼鏡應(yīng)用于士兵可獲得夜視能力。2015年7月，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局和陸軍研究實(shí)驗(yàn)室資助美國(guó)東北大學(xué)制備了一種硼、氮、氧摻雜的石墨烯基二維材料，賦予了石墨烯熱敏性和超感光性，有助于開(kāi)發(fā)體積更小、攜帶靈活的紅外熱像儀和超靈敏光探測(cè)器。2015年8月，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究者宣稱(chēng)正在開(kāi)發(fā)可拾獲一個(gè)光子的石墨烯超感光探測(cè)器，這種探測(cè)器對(duì)從近紅外到X射線的寬光譜范圍都有響應(yīng)，比常規(guī)的硅基光電探測(cè)器靈敏度高上千萬(wàn)倍，可用于軍用夜視系統(tǒng)、太空望遠(yuǎn)鏡，乃至光量子計(jì)算機(jī)。

美國(guó)馬里蘭大學(xué)開(kāi)發(fā)的基于石墨烯傳感器的可看穿墻的眼鏡石墨烯將提高裝備的防護(hù)性能和隱身能力石墨烯具有優(yōu)越的力學(xué)性能，在抗彈防護(hù)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。2014年，美國(guó)萊斯大學(xué)在國(guó)防威脅降低局的支持下進(jìn)行了石墨烯抗沖擊研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯受到硅石球高速?zèng)_擊時(shí)能迅速分散沖擊力，吸收入射能量的能力比鋼強(qiáng)十倍，是凱芙拉纖維的兩倍。將石墨烯與其它輕質(zhì)高強(qiáng)材料復(fù)合，有望獲得高性能輕型裝甲系統(tǒng)。2015年5月，意大利特倫托大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯能顯著增強(qiáng)蜘蛛絲的強(qiáng)度，復(fù)合絲可達(dá)天然蛛絲強(qiáng)度的3.5倍，是單兵防彈衣的高性能材料。鑒于石墨烯的輕質(zhì)高強(qiáng)特性和熱、電性質(zhì)，石墨烯還可用于隱身防護(hù)領(lǐng)域。2013年，美國(guó)加州大學(xué)制備了石墨烯基紅外隱身涂層，通過(guò)改變反射光的波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外隱身。這種材料可大面積涂覆于結(jié)構(gòu)和平臺(tái)表面，實(shí)現(xiàn)軍事偽裝。另外，歐洲防務(wù)局于2015年6月舉行專(zhuān)題研討會(huì)，聚焦石墨烯在復(fù)合材料防護(hù)體系和自適應(yīng)偽裝涂層方面的應(yīng)用潛力。

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