最适合做太空电梯的材质（世界上哪种材料适合做太空电梯的缆绳）

书接上文。

上一期，我们在讨论太空电梯时的难点时，提到了关于电梯缆绳的难点。由于太空电梯高度近36000米，想要扯一根如此之长的缆绳，即使是缆绳自身的重量就足以把它自己拉断。

因此，我们必须要提高打造这根缆绳的材料的硬度才行。单纯地提高硬度也不行，因为生活中常见的物体，都是硬度越大，密度也小不了。如果只是提高硬度和忽略密度，那么这根缆绳还是容易断。

就以钢为例，我们平时看起来，它还是蛮硬的。但是，它的断裂长度根本就不够用在太空电梯上的。简单来说，当一个物体达到一定长度的时候，即使不给配重，它自身的重力也会将它拉断（有人会问：加粗不行吗？当然不行，越粗就越重啊！）。钢的断裂长度是6.4公里，而太空电梯的高度，就像我们前几期说的，是36000公里，差的不是一星半点。

所以，现在的材料学家们，一直在研发既硬又轻（当然还必须能量产）的材料。今天，咱们就来说几种符合这个要求的材料。

第一个，就要惊到你——蜘蛛丝

别看蜘蛛丝平时好像很软，但是你想想，当你扯蜘蛛丝的时候，是不是感觉扯了半天，就是不断？当然，这种扯不断，源自于它超强的弹性，可以延伸很长。而从硬度方面来说，蜘蛛丝也可以达到钢的4~5倍。

不过，蜘蛛丝有一个缺点，那就是不能量产。蜘蛛是无法饲养的，因为它们会残杀同类。人类又没有掌握合成蜘蛛丝的技术。而且，貌似蜘蛛侠也没有量产，要不然可以问问蜘蛛侠愿不愿意提供一点……

目前唯一的办法，就是利用生物技术培养，将蜘蛛合成蛛丝的基因转到牛羊的身上，让牛羊的奶里含有蜘蛛丝的蛋白，然后利用相应的防止程序合成。据美国的专家表示，这样的材料，只需要做成一根2.5厘米，也就是两根手指那么粗的一根绳子，就足以拦下一架准备着陆的战斗机。

但是，目前来看，我们似乎并没有见过蜘蛛丝量产的新闻。而且，即便是蜘蛛丝，硬度也不足以作为太空电梯的缆绳。

微观渔网——碳纳米管

我们上一期提到过，目前最有希望的材料，其实就是碳纳米管。

碳纳米管又叫巴基管，是一种新型纳米材料，从微观上看，它是一种多层管状结构，每一层上都是由碳原子构成的一个个完美六边形组成的网状结构，每一层之间的间隔大约为0.34nm，整个管状结构直径2~20nm。

碳纳米管为什么硬呢？这个比较深，属于高中化学选修课再进阶的知识，咱就不提了，总之就是得益于其微观结构导致的原子间的相互作用。

那么，这种材料到底有多硬呢？实验数据显示，它的硬度是钢的100倍，远远超过了蛛丝（也大大超过了钻石）。一根大头针粗细的碳纤维管，就可以吊起一辆轿车。同时，它的密度又仅有钢的1/6，因此被称作超级纤维。

不过，且不说碳纳米管是否能够承受太空电梯这么“过分”的任务要求，人类连批量生产碳纳米管还没有实现。目前的碳纳米管，基本是在实验室才能合成，而且最长也就只能合成0.5米。大家应该还记得，太空电梯的高度是接近36000公里。而且，我们也不可能通过多做点半米的碳纳米管然后连在一起，因为这种连接是很容易断的，所以必须要一口气造出36000公里长的碳纳米管……

（严谨地说，碳纳米管不是造出来的，而是通过气相沉积，你把加热的碳原子吹送过去，它们自动吸附然后生长得更长）

在这个难题面前，它所消耗的巨额费用已经可以忽略了。这时候我们才明白那个道理：能用钱解决的那都不叫事……

因此，科学家如果想用碳纳米管，首先要解决量产的问题。

只存在于传说中——碳炔

说起来，碳真的是一种非常神奇的元素。要知道，虽然氧一直被认为是地球生命存在的必需品，但碳似乎更加重要，因为我们都是碳基生命，而且我们也刚刚分享过最新报道，以色列科学家甚至发布了不需要呼吸就能生存的生物。

好了，扯远了，说回碳。碳这种元素，有太多的同素异形体，生活中常见的就是石墨，也就是铅笔芯，还有金刚石，也就是钻石。刚才提到的碳纳米管，也是碳的一种同素异形体，以及著名的足球烯。这个碳炔，就是另一种碳的同素异形体，而且……那叫一个硬。

和碳纳米管的六边形构成的管状结构不同，碳炔是以连续的碳碳双键或者单键-三键交替连接。早在1885年的时候，德国有机化学家阿道夫·冯-贝耶尔就提出了这个概念。不过，直到现在，我们也很难制备出完全意义上的碳炔产品。

不过，根据赖斯大学的计算模型，这种碳炔的确有望成为世界上最硬的物质，其硬度可以达到钻石的40倍，刚的200倍。

一直以来，很多科学家尝试制备碳炔失败，最终甚至认为这种物质根本不可能存在。不过，后来有科学家合成了一段有44个碳原子的碳炔链，重新又唤起了人们的希望。总之，这种“传说中”的材料，目前别说批量生产，就是实验室合成都极其困难。

所以，从可行性的角度来说，碳纤维管比碳炔更有可能成为太空电梯的缆绳。

除了扯淡，还能干啥用

难道这些材料，都只能用于太空电梯吗？

别闹了。

人类的科研，本来就是充满了无目的性。虽然有一部分科研的确是有某些需求才开始的，但是更多的科研还是处于科学家求知的心态。而这些科研有了成果之后，我们才逐渐发现它们的用途的。所以，除了少部分人在为太空电梯在专心研究之外，其他的更多地属于“搂草打兔子”，研究了某些成果之后，发现可以运用在这里。

当然，上述材料除了应用在航空领域之外，也可以使用在各个方面。比如牛奶、羊奶中提取的蜘蛛丝蛋白（学名叫生物钢），可以用作防弹衣，保护警察和军人的生命安全；还有碳纳米管，拥有着硬度以外的许多优良物理、化学属性，如果应用在手机触摸屏（当然它的致癌性还需要考虑）或者其他智慧家电上，也会提高这些设备的性能。

总之，科学在生活中各个我们不曾注意的领域，带动着社会的进步。我们应该感谢科学家们的付出，是他们，让我们的生活变得更加美好。