前言：

2023年12月7日，2023年度京博科技奖-化学化工与材料京博优秀博士奖公布了获奖名单。

“京博科技奖”是山东省乐安慈孝公益基金会设立，山东京博控股集团有限公司资助，由山东省乐安慈孝公益基金会与中国化学会联合举办的全国行业科技大奖，旨在表彰化学化工与材料领域做出突出贡献的优秀人才，以激励更多的科技工作者投身创新。

京博科技奖下设京博科技卓越奖、京博科技创新奖、京博科技进步奖和化学化工与材料京博优秀博士奖4项子奖。化学化工与材料京博优秀博士奖每年评选一次，共设1-2位金奖，5位银奖，10位铜奖。

如果科幻电影照进现实，会是怎样振奋人心的热血场景？清华大学化工系魏飞教授团队白云祥博士关于拉伸强度超80 GPa的碳纳米管管束的研究成果，仿佛朝着《流浪地球2》中太空电梯的浪漫想象迈进了一步。

科幻照进现实，理论牵引未来

2020年，白云祥为第一作者的题为“超耐久性的超长碳纳米管”的论文登上了世界顶级学术期刊《科学》（Science）期刊，并被选为这一期Science网站的四大推介成果之一。他们通过搭建“声波共振测试系统”实现了对单根超长碳纳米管耐疲劳性的测试，揭示了超长碳纳米管的超耐疲劳特性及独特的疲劳破坏机制。此外，他们通过提出“气流聚焦法”和“同步张弛法”制备出了拉伸强度超越80 GPa的碳纳米管管束，接近单根碳纳米管的拉伸强度。

同时，白云祥还是2023年度京博科技奖-化学化工与材料京博优秀博士奖银奖获得者之一，他所研究的超长水平阵列碳纳米管，具有定向性好、缺陷少、长度长等特点，适合作为基本结构单元制备超强纤维材料，并有望进一步应用于高性能运动器材、防弹衣、大飞机、大型运载火箭、超级建筑等领域，与国家的战略发展和人民的生活切实相关。

研究初有所成，再遇制备难题

目前制备相关超强纤维遇到的很大问题是单根碳纳米管的力学性能很强，但仅限于纳米尺度，一旦组装到宏观纤维尺度，强度就会大幅度下降。白云祥希望能够找到一种新途径，能使其在宏观尺度上也体现纳米尺度的优异力学性能。

2018年，在魏飞教授带领下，白云祥制备出了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束，其拉伸强度远超目前所有的商业纤维材料。相关成果以《拉伸强度超过80GPa的碳纳米管管束》于2018年5月14日在线发表于纳米领域国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

审稿人评价说：“论文作者取得了一个具有里程碑意义的突破性进展，在世界上首次报道了接近单根碳纳米管强度的碳纳米管管束。这项工作具有极其深远的影响力，它无疑会引起世界范围内的广泛关注。”

然而，白云祥虽在超长碳纳米管的制备和性质研究方面取得了不少进展，但超长碳纳米管的宏量可控制备依然是他目前依然面临的核心挑战。

历经失败锤炼，坚定科研志向

白云祥在采访中谈及，他的导师魏飞教授带领团队开发了世界上最大规模的碳纳米管生产技术，已能够做到年产万吨级。然而，他所涉足的超长碳纳米管管束的制备不同于年产万吨级的碳纳米管类型，为了保证结构完美，其生长条件极为苛刻，会受反应温度、反应压力、停留时间、水蒸气含量、催化剂分布、反应基底及原料气的纯度配比等多因素的影响。

研究刚开始时，刚从传统高分子材料转向纳米的白云祥没有相关经验，甚至无法确定实验失败因素到底是哪个。有时，一个因素还会影响另一个因素，耦合起来更是难以控制。另外，反应炉需加热到1, 000 摄氏度以上，但反应之后降温很慢，导致每天也只能做两次条件实验。

此外，超长碳纳米管的产率很低，乃至用“根”来衡量。更关键的问题是，如何让一根根看不见的纳米管合并成管束。用磁场、电场还是气流场？这种令人挫败反复试错的制备实验持续了半年之久，加上后续对毕业问题的忧虑，对研究成果不确定性的顾虑，白云祥甚至有想过换个轻松些的课题。

此时，魏飞教授的一句话点醒了他：“清华的学生不是来养尊处优的。”魏飞教授办公室深夜常常亮着的灯、与学生谈至深夜的执着和认真，不仅宏观指导还亲自帮学生调研文献，从教书育人到科研成果产业化等等，无不证明着光环与责任之间的联系。“至少要做对全中国现在或者未来有影响的事，不管它有多难。”魏飞教授的这句话掷地有声，这也成了白云祥科研路上整装出发的勇气和力量。

科研之路荆棘丛生，一如白云祥眼中以身作则的导师，一如像白云祥一样执着的青年科研工作者，在自己志向的方向里，坚定地走得更远。