前言：

2023年12月7日，2023年度京博科技獎-化學化工與材料京博優秀博士獎公布了獲獎名單。

“京博科技獎”是山東省樂安慈孝公益基金會設立，山東京博控股集團有限公司資助，由山東省樂安慈孝公益基金會與中國化學會聯合舉辦的全國行業科技大獎，旨在表彰化學化工與材料領域做出突出貢獻的優秀人才，以激勵更多的科技工作者投身創新。

京博科技獎下設京博科技卓越獎、京博科技創新獎、京博科技進步獎和化學化工與材料京博優秀博士獎4項子獎。化學化工與材料京博優秀博士獎每年評選一次，共設1-2位金獎，5位銀獎，10位銅獎。

如果科幻電影照進現實，會是怎樣振奮人心的熱血場景？清華大學化工系魏飛教授團隊白云祥博士關于拉伸強度超80 GPa的碳納米管管束的研究成果，仿佛朝著《流浪地球2》中太空電梯的浪漫想象邁進了一步。

科幻照進現實，理論牽引未來

2020年，白云祥為第一作者的題為“超耐久性的超長碳納米管”的論文登上了世界頂級學術期刊《科學》（Science）期刊，并被選為這一期Science網站的四大推介成果之一。他們通過搭建“聲波共振測試系統”實現了對單根超長碳納米管耐疲勞性的測試，揭示了超長碳納米管的超耐疲勞特性及獨特的疲勞破壞機制。此外，他們通過提出“氣流聚焦法”和“同步張弛法”制備出了拉伸強度超越80 GPa的碳納米管管束，接近單根碳納米管的拉伸強度。

同時，白云祥還是2023年度京博科技獎-化學化工與材料京博優秀博士獎銀獎獲得者之一，他所研究的超長水平陣列碳納米管，具有定向性好、缺陷少、長度長等特點，適合作為基本結構單元制備超強纖維材料，并有望進一步應用于高性能運動器材、防彈衣、大飛機、大型運載火箭、超級建筑等領域，與國家的戰略發展和人民的生活切實相關。

研究初有所成，再遇制備難題

目前制備相關超強纖維遇到的很大問題是單根碳納米管的力學性能很強，但僅限于納米尺度，一旦組裝到宏觀纖維尺度，強度就會大幅度下降。白云祥希望能夠找到一種新途徑，能使其在宏觀尺度上也體現納米尺度的優異力學性能。

2018年，在魏飛教授帶領下，白云祥制備出了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度遠超目前所有的商業纖維材料。相關成果以《拉伸強度超過80GPa的碳納米管管束》于2018年5月14日在線發表于納米領域國際頂級學術期刊《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）上。

審稿人評價說：“論文作者取得了一個具有里程碑意義的突破性進展，在世界上首次報道了接近單根碳納米管強度的碳納米管管束。這項工作具有極其深遠的影響力，它無疑會引起世界范圍內的廣泛關注。”

然而，白云祥雖在超長碳納米管的制備和性質研究方面取得了不少進展，但超長碳納米管的宏量可控制備依然是他目前依然面臨的核心挑戰。

歷經失敗錘煉，堅定科研志向

白云祥在采訪中談及，他的導師魏飛教授帶領團隊開發了世界上最大規模的碳納米管生產技術，已能夠做到年產萬噸級。然而，他所涉足的超長碳納米管管束的制備不同于年產萬噸級的碳納米管類型，為了保證結構完美，其生長條件極為苛刻，會受反應溫度、反應壓力、停留時間、水蒸氣含量、催化劑分布、反應基底及原料氣的純度配比等多因素的影響。

研究剛開始時，剛從傳統高分子材料轉向納米的白云祥沒有相關經驗，甚至無法確定實驗失敗因素到底是哪個。有時，一個因素還會影響另一個因素，耦合起來更是難以控制。另外，反應爐需加熱到1, 000 攝氏度以上，但反應之后降溫很慢，導致每天也只能做兩次條件實驗。

此外，超長碳納米管的產率很低，乃至用“根”來衡量。更關鍵的問題是，如何讓一根根看不見的納米管合并成管束。用磁場、電場還是氣流場？這種令人挫敗反復試錯的制備實驗持續了半年之久，加上后續對畢業問題的憂慮，對研究成果不確定性的顧慮，白云祥甚至有想過換個輕松些的課題。

此時，魏飛教授的一句話點醒了他：“清華的學生不是來養尊處優的。”魏飛教授辦公室深夜常常亮著的燈、與學生談至深夜的執著和認真，不僅宏觀指導還親自幫學生調研文獻，從教書育人到科研成果產業化等等，無不證明著光環與責任之間的聯系。“至少要做對全中國現在或者未來有影響的事，不管它有多難。”魏飛教授的這句話擲地有聲，這也成了白云祥科研路上整裝出發的勇氣和力量。

科研之路荊棘叢生，一如白云祥眼中以身作則的導師，一如像白云祥一樣執著的青年科研工作者，在自己志向的方向里，堅定地走得更遠。