全球工业将进入碳材料时代

正如考古学家使用新石器时代和旧石器时代的工具来划分人类史前史的两个阶段一样，今天我们可以用两种化学元素的交替来描述正在进行的物质革命。

20世纪的最后几十年是硅的时代，即将到来的时代是碳材料的时代。

在20世纪，无论是以硅酸盐为代表的玻璃和水泥等建筑材料，还是硅基集成电路，还是活泼的单晶或多晶硅太阳能光伏组件，硅的影响都是众多外观的背后。

进入21世纪，以碳元素为主的新兴材料体系正展现出更大的发展潜力和更具挑战性的产业影响力。如果我们思考全球气候变化与碳的关系，低碳不仅代表着一个物理和化学过程，而且影响着人类社会的方方面面，甚至决定着人类的命运。

今年11月，中国第一架拥有完全自主知识产权的碳纤维轻型运动飞机“红嘴鸥”在珠海航空工业园下线。这架飞机的净重只有280公斤。在1000米左右的低空空域从珠海飞往武汉、三亚、长沙等城市，只需要80升97号或98号汽油，四五个小时就能轻松到达。在上海举行的工业博览会上，国产碳复合材料原型车也进行了展出。

不仅在中国。在航空材料领域，空客320、380和波音787都使用了大量的碳基复合材料作为飞机的内部结构材料，以减轻飞机本身的重量，并相应地降低飞行过程中的燃料消耗，实现更环保的飞行。

特别值得关注的是，以宝马为代表的世界电动汽车制造商对碳纤维复合材料电动汽车的热情。宝马宣布将于2012年大规模生产碳复合材料电动汽车，并在美国投资设立了一家碳纤维制造企业，在德国设立了相应的纤维编织成型公司。可以预见，未来主流电动汽车将大量采用碳复合材料。碳纤维的其他应用包括用于风力发电的叶片。

如果考虑到传统硅基材料的污染和综合能耗，如水泥、玻璃和钢铁行业从采矿到成品，碳材料的优势更加明显。

当然，传统物质利益链的受益者会引用各种反驳理由为自己辩护。以高端飞机的发动机为例。今天由航空煤油驱动的飞机，无论是涡轮喷气发动机还是涡扇发动机，都将面临以太阳能和其他清洁能源为代表的新型电动或磁驱动飞机的挑战，就像今天的汽车发动机正在被新型发动机取代一样。支撑主流飞机发动机的关键材料将不可避免地转向新一代结构材料体系。即将到来的新一代光伏材料也是基于薄膜材料等碳基有机光电材料，利用量子效应提高能量转换效率。遗憾的是，由于不考虑环境成本的恶性竞争，主流光伏材料的价格过低，导致新兴光伏材料的市场延迟，甚至被迫取消生产计划，只保留研发能力。

噪音总是暂时的，科学创新是持久的。碳纤维已经开始在航空、汽车等领域取代钢铁。更有趣的是，尽管出于成本考虑，飞机和地面车辆中使用的碳纤维复合材料的成分和加工技术略有不同，但基本工艺流程是完全一致的，这意味着今天生产各种用途碳复合材料的企业可以有能力生产低空飞机的相关部件。随着中国国内空域管理改革的深入，中国成为世界上最大的低空飞机生产国和消费国指日可待。

最后，有必要指出的是，碳纳米管的应用也非常值得关注和投资。以目前广泛使用的触摸屏为例。现在主流的触摸屏使用稀土元素……

s作为表面膜材料，由碳纳米管制成的薄膜也显示出良好的应用潜力。至于其他碳结构在量子通信中的潜力，更令人兴奋。

从产业能力来看，与碳相关的产业集群也在孕育和成长。加利福尼亚州的硅谷作为人类高科技企业集群的象征，在过去30年里对全球科技产生了巨大影响。我们有理由建设一个新的碳谷，作为21世纪科学技术的新里程碑。我个人认为，未来20年全球“碳谷”的工业产值至少可以是钢铁业、玻璃业和造纸业产值的总和。由碳复合材料制成的建筑、家具、服装、车辆和食品工厂将成为新兴的药物载体和人工器官，人类经济的新热潮也将随之而来。

（编辑：李燕郊）正如考古学家用新石器时代和旧石器时代的工具来划分人类史前史的两个阶段一样，今天我们可以用两种化学元素的交替来描述正在进行的物质革命。

20世纪的最后几十年是硅的时代，即将到来的时代是碳材料的时代。

在20世纪，无论是以硅酸盐为代表的玻璃和水泥等建筑材料，还是硅基集成电路，还是活泼的单晶或多晶硅太阳能光伏组件，硅的影响都是众多外观的背后。

进入21世纪，以碳元素为主的新兴材料体系正展现出更大的发展潜力和更具挑战性的产业影响力。如果我们思考全球气候变化与碳的关系，低碳不仅代表着一个物理和化学过程，而且影响着人类社会的方方面面，甚至决定着人类的命运。

今年11月，中国第一架拥有完全自主知识产权的碳纤维轻型运动飞机“红嘴鸥”在珠海航空工业园下线。这架飞机的净重只有280公斤。在1000米左右的低空空域从珠海飞往武汉、三亚、长沙等城市，只需要80升97号或98号汽油，四五个小时就能轻松到达。在上海举行的工业博览会上，国产碳复合材料原型车也进行了展出。

不仅在中国。在航空材料领域，空客320、380和波音787都使用了大量的碳基复合材料作为飞机的内部结构材料，以减轻飞机本身的重量，并相应地降低飞行过程中的燃料消耗，实现更环保的飞行。

特别值得关注的是，以宝马为代表的世界电动汽车制造商对碳纤维复合材料电动汽车的热情。宝马宣布将于2012年大规模生产碳复合材料电动汽车，并在美国投资设立了一家碳纤维制造企业，在德国设立了相应的纤维编织成型公司。可以预见，未来主流电动汽车将大量采用碳复合材料。碳纤维的其他应用包括用于风力发电的叶片。

如果考虑到传统硅基材料的污染和综合能耗，如水泥、玻璃和钢铁行业从采矿到成品，碳材料的优势更加明显。

当然，传统物质利益链的受益者会引用各种反驳理由为自己辩护。以高端飞机的发动机为例。今天由航空煤油驱动的飞机，无论是涡轮喷气发动机还是涡扇发动机，都将面临以太阳能和其他清洁能源为代表的新型电动或磁驱动飞机的挑战，就像今天的汽车发动机正在被新型发动机取代一样。支撑主流飞机发动机的关键材料将不可避免地转向新一代结构材料体系。即将到来的新一代光伏材料也是基于薄膜材料等碳基有机光电材料，利用量子效应提高能量转换效率。不幸的是，由于不考虑环境成本的恶性竞争，主流光伏材料的价格过低，导致新兴光伏材料的市场延迟，甚至被迫取消生产计划，只保留……

e研发能力。

噪音总是暂时的，科学创新是持久的。碳纤维已经开始在航空、汽车等领域取代钢铁。更有趣的是，尽管出于成本考虑，飞机和地面车辆中使用的碳纤维复合材料的成分和加工技术略有不同，但基本工艺流程是完全一致的，这意味着今天生产各种用途碳复合材料的企业可以有能力生产低空飞机的相关部件。随着中国国内空域管理改革的深入，中国成为世界上最大的低空飞机生产国和消费国指日可待。

最后，有必要指出的是，碳纳米管的应用也非常值得关注和投资。以目前广泛使用的触摸屏为例。现在主流的触摸屏采用稀土元素作为表面膜材料，碳纳米管制成的薄膜也显示出良好的应用潜力。至于其他碳结构在量子通信中的潜力，更令人兴奋。

从产业能力来看，与碳相关的产业集群也在孕育和成长。加利福尼亚州的硅谷作为人类高科技企业集群的象征，在过去30年里对全球科技产生了巨大影响。我们有理由建设一个新的碳谷，作为21世纪科学技术的新里程碑。我个人认为，未来20年全球“碳谷”的工业产值至少可以是钢铁业、玻璃业和造纸业产值的总和。由碳复合材料制成的建筑、家具、服装、车辆和食品工厂将成为新兴的药物载体和人工器官，人类经济的新热潮也将随之而来。

（编辑：李燕郊）

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