坐着电梯去太空
随着我国宇航员第一次从空间站出舱执行任务，点燃了许多人 探索 宇宙的愿景。
但对于普通人来说，前往太空并不容易，唯一的办法就是成为宇航员。但有一个概念可让天空旅行变得更接地气，让普通人也能飞往地外空间，这就是太空电梯。
为了理解太空电梯是如何把我们送入太空的，首先必须理解什么是轨道。如果你在地面上扔出一个小球，它会在空中划出一道弧线，然后落到地面上。
在太空中，重力会使你以同样的轨迹下落，但如果你的侧向移动速度足够快，产生的离心力与引力作用相互抵消，这样你就可以在天空中保持相对静止，而不至于掉落到地面上。所以用火箭搭载卫星进入地球轨道时，必须快速向上和侧向移动，到达指定轨道后，利用离心力抵抗重力，从而稳定地挂在天上。
相比之下，太空电梯利用地球自转的能量来实现太空旅行。太空电梯有四个主要部件：太空站、缆绳、轿厢和基座。我们将太空站稳定到地球同步轨道上，保持相对静止，作为支撑缆绳的平衡物。然后从太空站降下36000公里的电梯缆绳连接到地表基座，基座一般建在地球赤道地带，应为赤道和同步轨道间的垂直距离是最短的，这样可以缩短缆绳长度。在基座上用一个强有力的锚将电梯缆绳固定在地面上，这样我们就可以在缆绳上装设电梯轿厢。
当乘客乘坐电梯前往太空时，给轿厢一个向上的动力，使电梯轿厢沿着缆绳慢慢上升。随着电梯轿厢上升的高度逐渐增大，它随着地球自转开始加速旋转起来，升得越高旋转得越快，这样产生的离心力越来越大，我们受到地球引力作用的效果会越来越小，越接近终点，我们上升使用的能量就会越少。
太空电梯无疑是人类有史以来建造的最大、最昂贵的建筑。虽然成本高昂，但却一劳永逸。太空电梯可以重复使用，和火箭发射消耗的资源相比，利用太空电梯借助地球自转的能量，可以大大节约到达太空的成本。搭乘太空电梯的乘客，无需经过复杂的训练，只需了解旅客须知和基本常识，就能开启太空之旅。
我们来做一个效用对比，火箭燃烧大量的化学燃料，只是为了将少量的货物运送到太空。以目前的成本，利用火箭将一公斤有效载荷送入太空的价格约为30万元。假设一个普通人重50公斤，那么送一名宇航员上太空的成本将是1500万元，当然还不包括培训等费用。而将一辆重达400公斤的 汽车 送往太空，用火箭运送的成本将达到1.2亿元。而且用火箭运载是一次性的，下次要运送同样的有效载荷，也必须花费等量的费用。
我们暂且将建造太空电梯的价格预估为20000亿元，当太空电梯建成后，运送一公斤有效载荷的成本将降低200倍。虽然太空电梯的巨额建造费用可以让我们发射数百次火箭，但如果太空电梯实际运转起来后，百余次的电梯升降后，我们将回本并开始切实享受到便捷低价的天空旅行。虽然短期内电梯的票价不可能像机票一样便宜，但也在一般人的承受范围之内。
我们已经拥有了天和号空间站，可以在此基础上修建我们的电梯太空站。地面上的基座也好说，以我们的基建能力，这点工程根本不是事。
最大的挑战来自于缆绳，它需要比我们现在生产的任何材料都更轻，更坚固，更稳定。除了坚固和稳定外，缆绳还必须能够承受大气腐蚀、辐射、以及陨石和太空垃圾的撞击，此外太阳风会对电梯施加压力，使轿厢左右摇摆不定，这也为缆绳的稳定性与承受能力带来挑战。
碳纳米管作为一种前景广阔的新材料，或许能满足制作缆绳的要求，但以目前成品质量来看，还具有一定差距，但也为我们提供了一个研发方向。
此外，如何为轿厢提供向上的动力，也成为建设太空电梯的另一个挑战。轿厢初始上升阶段需要巨大的能量，目前有许多解决能源传输的设想。可以在轿厢上装上一个马达，马达的能源可以从缆绳上传递，也可以使用轿厢内的发电机，但都会增加轿厢的重量。如果我们能够开发出可控核聚变技术的话，就可以用很小的反应堆为轿厢提供能量，这也是解决能源问题的一个方向。
也有一种十分前沿的设想，可以在轿厢上装两片反光板，从地面上将超大能量的激光照射到反光板上，利用光压作用推动轿厢往上爬升。简而言之，对于建造太空电梯来说，仍有一些重大的技术障碍需要克服。
太空电梯也不是没有风险。如果缆绳突然断裂，它会以极其壮观的方式崩溃。如果缆绳在基站附近断裂，产生的反作用力将导致整个电梯上升，一直到达太空站。由于轿厢失去控制，极易撞毁太空站，而引发严重的事故。如果缆绳在太空站的附近断裂，轿厢就会掉下来，里面的乘客几乎没有生还的可能，而且缆绳断裂产生的碎片，也可能对未来的空间飞行造成严重的影响。
如果建造一个太空电梯，我们必须一次成功。即使有这样那样的挑战，用太空电梯的回报将是巨大的，这可能是开启太空文明的第一步，也是占据太空 探索 主动权的关键一招。
如果在未来，人类需要频繁往返地球和太空，火箭的运载力有限并且产生较大的污染和浪费，该如何解决呢？
1978年科幻作家阿瑟·克拉克在《天堂之泉》一书中具体描述了“太空天梯”，将其描述为一根长长的缆绳，人们可以通过这根连接空间站和地面的缆绳往返太空与地面之间，并且将建设材料运到宇宙之中建设太空城市。
既然是天梯，一定要与太空相连，科学家们认为连接物可能是刚性的，更有可能是柔性的，成本更低并且更加可靠。最接近这种设想的就是“新材料之王”碳纳米管(CNTs)。
早在2005年，NASA就正式宣布将“太空天梯”作为“世纪挑战”的首选项目。时至今日这种设想依旧是个挑战严峻的课题，还有许多问题需要解决，但是随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
碳纳米管（CNTs），是一种具有超大长径比的一维空心管状结构的纳米材料。其管壁由一层到数十层的正六边形sp2杂化的碳原子构成，直径为几纳米至数十纳米，长度为微米到毫米甚至厘米。超高强度（被誉为“分子钢筋”）、高导电、高导热及高电磁屏蔽等是碳纳米管最优异的性能。
1991年，日本物理学家饭岛澄男在一次实验中以两根石墨棒作为电极，在其上施加电流，火花在石墨棒之间形成拱形，随之而来的一团碳气体喷出。当含碳空气沉淀在腔壁上时形成了一层薄薄的黑色烟灰，在里面发现了碳纳米管这种新型材料。
接下来的几十年，随着对碳纳米管的深入 探索 ，碳纳米管能够实现广泛应用的根本在于其成熟的制备方法。
常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、CVD法（化学气相沉积法）等。碳纳米管的CVD生长可以在真空或大气下压进行，通过这些方法可以合成大量的碳纳米管，持续增长的进步使得碳纳米管在商业上具有可行性。
CVD法大量合成超长碳纳米管
碳纳米管在声、光、电、力、热、磁方面都具有其他材料无可比拟的优势，通过科学家不断地对碳纳米管结构与性能的研究，以及大规模工程制备技术的研发，碳纳米管的应用已经走到了其他纳米材料的前列。
电子领域
碳纳米管是一种可用于制造大规模集成电路的替代方案，在摩尔定律即将失效的当今，其性能超过了相同尺寸的传统硅晶体管。碳纳米管具有功耗低、效率高等优点是开发下一代晶体管的理想材料。
新能源领域
碳纳米管优良的导电性与化学稳定性，可以在锂电池正极材料的颗粒之间架起一座座桥梁构成导电网络，与导电炭黑相比电阻更低、电子传导更快。同时碳纳米管的柔性特质可以阻止由于充放电体积膨胀引起的锂电池寿命缩短。目前智能设备和新能源 汽车 都能找到碳纳米管的身影。
生物工程领域
碳纳米管具有生物相容性且无毒，其优异的稳定性不会引发免疫反应，结合导电性和强度碳纳米管作为神经接口材料变得极具吸引力。马斯克的脑机接口研究一直专注于更小的电线，碳纳米管电线可以做到更小、更灵活同时身体更易接受，是潜在改变 游戏 规则的生物医学植入材料。
加热采暖领域
汉纳材料历经10年时间，独创了碳纳米管面热源技术。经CVD技术合成的高质量碳纳米管经无损分散后制备成均一分散的“碳浆”，再经精密成膜技术做成厚度仅10μm的面热源。
通电后，碳纳米管中的碳原子在电场作用下发生振动，原子核周围的电子发生能级跃迁，在迁移回基态时，以远红外线形式释放能量，进而形成均匀发热的面状发热体。该技术的电-热转化效率高达99.8%，电-远红外线转换效率高达83%。
碳纳米管面热源技术主要应用于三个领域：新能源 汽车 、建筑楼宇、智能穿戴设备。新能源 汽车 方面碳纳米管面热源技术可以有效辅助加热电池，减少在低温环境中电量的衰减。采暖方面区别于传统水地暖纳米地暖有着更节能、更快捷、更舒适等优势。同时汉纳材料基于这项技术开发出柔性加热片，为智能可穿戴设备的发展前景提供有力的技术储备。
就像每一项重大材料创新一样，从引领航空航天取得重大突破的硬化铝，到开辟计算机新世界的硅半导体，再到美好人居生活方式的缔造，碳纳米管将打开更多未知新世界的大门。
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世界碳纤维的消费结构集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面。2009年，工业应用约占总消费量的58%，航空航天方面应用约占23%，体育运动器材应用约占19%。（给出出处） 1991-2009年，碳纤维在工业应用领域的消耗是持续增长的，航空航天领域基本保持平衡，而体育用品在碳纤维应用的比例则持续下降，碳纤维应用逐渐从航空航天、体育用品向民用工业应用转移，特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。
在工业方面，一般产业对碳纤维材料的应用发展比较迅速，包括基础设施的修复、更新和加固新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。利用碳纤维复合材料刚度强、抗弯能力突出等特点使其在风力发电这一应用领域上大显身手，可将资源丰富、无污染的风能为人们所用。利用碳纤维复合材料轻质、高强等特点使其在汽车工业上显著提高汽车的整体性能并节省燃油。在航空航天方面，利用其高比强度及比模量、抗疲劳、密度小等特点而被用于制作飞机、导弹、卫星主、次承力构件。在体育休闲方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品、约占该类产品的80%。
