《三体》中的“纳米飞刃”材料在现实中存在吗？

这几天，由刘慈欣小说改编的电视剧《三体》正在热播，引起了无数科幻爱好者的追捧。剧中科学家汪渺是一位纳米材料家，正在领导开发一种名为“纳米飞刃”的纳米材料。这种纳米材料如同一根蚕丝，纤细柔软，但却具有极高的强度。如果将这种材料拉直后用于切割物体，它可以成为世界上最锋利的刀具。

来自三体星球的外星人希望占领地球，尽管他们的科技远高于地球人，但却十分忌惮纳米飞刃，于是制造出了一系列不可思议的事件来阻止汪渺的研究。

纳米飞刃的确太过于神奇，我们现实生活中是否真的存在这样神奇的材料呢？其实纳米飞刃的原型就是大名鼎鼎的碳纳米管。如果我们仔细观察电视剧的背景，我们可以看到，汪渺的实验室中到处都是和碳纳米管相关的资料。

碳纳米管是上世纪90年代，由日本科学家率先发现的一种一维碳材料。它和石墨、金刚石一样，都是由碳原子构成，只不过碳原子的排布如同一根细长中空的水管，所以被称作“碳纳米管”。

碳纳米管被誉为“二十世纪最神奇的纳米材料”之一，它的密度只有钢铁的六分之一，但是强度却是钢铁的100倍，同时还具有超高的导电性和导热性，因此在很多领域被人们寄予厚望。

例如过去很多科学家曾经构想过太空电梯，人们可以在地球上乘坐太空电梯直达太空，但在现实中，太空电梯建造的最大阻碍之一便是太空缆绳的生产。由于太空缆绳的长度超过100公里，由钢铁等金属制成的太空缆绳，其强度还支撑不了自身的重量，因此钢铁是不可能用于生产太空电梯的缆绳。

而碳纳米管的强度和密度可以满足太空电梯的需求，因而它也被视为制造太空电梯的唯一材料。《三体》电视剧中，三体星人之所以忌惮纳米飞刃，恐怕一定程度上也是害怕人类开发出太空电梯后，可以便捷地进入太空，然后发现他们的阴谋吧。

尽管太空电梯距离现实还太过于遥远，但碳纳米管却已经广泛地应用于我们的日常生活中。例如我们使用的锂电池，不少就掺入了碳纳米管作为导电剂。添加了碳纳米管的电池，不仅寿命可以大幅提升，同时电池放电的能量损耗也能大幅下降。

清华大学的科学家在2002年便发明了由碳纳米管制成的触摸屏。碳纳米管触摸屏具备反应灵敏、受环境影响小、寿命长等特点，也广泛用于很多手机、平板电脑中。

《三体》剧中的飞刃材料被制成极细的细丝后，可以成为无坚不摧的利刃，切割钢铁、石头等坚硬物体，那么碳纳米管是否也能用于切割物体呢？这就是科幻电影和现实中的差距了，碳纳米管虽然已经是地球上强度最高的材料之一了，但是由于单根碳纳米管的直径只有1纳米左右，它仅仅依赖几十个原子之间的共价作用维持结构，因此还是很脆弱的。单根碳纳米管甚至难以用于切割豆腐，它要真正实现无坚不摧，只能依赖于无数根碳纳米管拧在一起，形成一根很粗的线，而此时的碳纳米管却会因为太粗而难以切割坚硬物体了。

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