在新一轮科技革命和产业变革中，如何加快形成“新质生产力”?新材料的开发是其中的重要一环。近年来，火山岩中的玄武岩作为新材料的潜力日益被重视。它如何从原来的“铺路石材”转变为“纤维原料”?科技的力量如何使曾经被视为自然灾害的火山转变为经济社会发展的重要财富?就此，对玄武岩材料有着深入研究的中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员刘嘉麒发表了自己的见解。

　　问：您长期致力于玄武岩纤维材料研究，并取得了卓然的成就。能否请您介绍一下，玄武岩纤维材料目前在我国发展处于怎样的阶段?对于经济社会发展前景将会有哪些方面的影响?

　　刘嘉麒院士：我是做岩石研究的，其中一种火山岩就叫玄武岩。这是火山喷发形成的一种岩石，在自然界分布很广泛。这种岩石过去没有太多的用处，一般只能做铺路的石子，但是经过研究以后，这种岩石可以拉丝、做纤维，还可以做岩棉或者是做鳞片，就把这种岩石变成一种新的材料。

　　这种新的材料有很好的性能和广泛的用处。它可以跟碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等等并驾齐驱，而且它在某些性能上要比其他的纤维还好。特别是在航天航空方面用途更广。除了性能好用处广，更优越的是，在整个生产过程中没有污染，也没有二氧化碳的排放，是一种绿色优质材料。

　　这种材料发展的前景非常看好。国际上普遍认为这是21世纪最有前景的一种绿色的工业材料。我们国家发展这种材料已经有20多年，从发展的规模、水平和用处等方面来看，有很大的提高，应该说在国际上处于比较领先的地位。开始的时候，人们对石头能变成纤维表示怀疑，现在已经不用任何怀疑了。从理论到工艺到应用都很成熟了。

　　问：中国科学院在贵州的科技帮扶工作中，有一项是玄武岩新材料的开发。能否请您介绍一下您在这方面的进展?

　　刘嘉麒院士：我们在贵州，也建立了一个玄武岩加工工厂。当地有一些玄武岩岩石原料，利用那些原料，可以把玄武岩拉成丝，再做成各种产品。那边能做大概二三十种应用产品，可以把资源开发利用，建立了工厂以后，还可以吸收一些当地人参加工作，对当地老百姓的就业提供一个机会。另外建立这种产业，以后能创造一些财富，能增加一些GDP产值，对当地的经济发展也起到一定的推动作用。

　　这种产业还可以带动其他的产业。老百姓掌握了科学技术就能脱贫得更快一点，使当地的经济持续地发展下去。中国科学院在扶贫的过程中强调科学技术扶贫，科学技术支撑地方经济发展，这是很必要的，我们能够做一点事情也是应该的。

　　问：玄武岩来自于火山喷发。作为著名的“火山院士”，您认为火山研究领域还有哪些重要的方向呢?

　　刘嘉麒院士：火山，大家比较熟悉，它是一种很重要的自然现象和地质现象。没有火山作用，整个地球是很难形成的。在太阳系行星当中，各个固体行星的形成都要靠火山作用，没有火山活动，行星就没有了生命。从某种意义上考虑，火山是行星的“灵魂”。地球有火山活动，表明地球比其他行星更年轻、更活跃一些。

　　火山作用，虽然会给人类造成一些灾害，但更重要的是，火山作用也能够给人类创造很多的财富。有些矿产资源、能源，甚至有些宝石，就是火山作用形成的;火山岩、火山灰都是很好的物质资源。

　　另外，许多人喜欢旅游，那么，地球上一些风光比较好的地方，多是火山区，像中国的长白山、日本的富士山、美国的黄石公园等都是著名的火山区。所以火山又是大自然的馈赠，能给人类社会创造很多的财富。

　　问：在研究工作之外，您还积极参与科普活动。您认为，做好对普通人的科普工作，需要注重哪些方面呢?

　　刘嘉麒院士：做科学研究的人，首先要把科学研究做好，同时也要做一些科学普及的工作。你掌握的科学知识被越来越多的人了解和应用，你的科研价值就会越来越大。所以科学普及和科技创新同等重要。

　　近些年来在中央的领导下，大家对科学普及都很重视了。科学研究的最后落脚点是要推动社会的进步和发展，推动社会经济的发展。所以我们在做基础研究的同时，努力将创新跟创业结合起来，就像前面谈到的，我们研究的玄武岩，能从理论和方法上将其变成一种新的纤维材料，形成一个大的产业，这就使科学科技创新跟创业有机地结合起来。

　　科学知识只有被广大老百姓掌握了，才能够发挥更大的作用。同时老百姓在掌握科学知识的过程当中，也会提高他们的科学素质，对整个民族的强大，科学普及还是很有作用的。所以我们做科学研究的人，理所当然要做一点科学普及的工作。

“点石成金”的玄武岩

　　在高温熔炉前，人们将一袋袋灰色的石头颗粒投进去，加热超过1450℃后，每台熔炉的漏板竟然魔幻般地拉出几百根甚至2000多根细长的金色丝线。这类能变成长丝的石头，就是玄武岩。

　　玄武岩名字来源于我国古代神话中的玄武，即“黑龟”，是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一类岩石，一般为黑色或暗灰色，为致密状或泡沫状结构，比重比一般花岗岩、石灰岩等都要重。

来源：视觉中国

　　玄武岩分布在世界各地的火山区域，约占地球表面的三分之一，储量丰富，开采方便。我国是一个多火山的国家，玄武岩分布广泛，且品位良好，性能优越，除具有普通石材一般的特点外，大多石质坚硬、耐酸碱、耐高温、无辐射、抗风化力强，具有保温、隔音、防滑等性能，是用途广泛的建筑石材。

　　(一)玄武岩纤维产量我国最高

　　玄武岩是一种玻璃态矿石，在火山喷发时，岩浆被劲风吹散可形成天然无序的玄武岩短纤维。1840年，英国威尔士人成功试制了蓬松状短细纤维玄武岩棉后，人们便开始了对玄武岩材料的探索。20世纪50年代初期，德国、捷克等国家采用离心法生产出了纤细的玄武岩棉。不过，我们现在所说的玄武岩纤维一般是指连续玄武岩纤维，它的制造技术发源于苏联，并开发出超细的玄武岩棉，强度比钢材还要高，而且在700℃条件下强度不改变。

　　我国的玄武岩纤维生产起步较晚，但后来居上，产量占世界总产量的一半以上，是玄武岩纤维产量最高的国家。2012年，我国玄武岩纤维生产突破了800孔拉丝技术。2020年7月1日，世界首条玄武岩纤维2400孔拉丝智能化生产线暨年产6万吨玄武岩原料均质化生产线，在四川华蓥市正式投产，大大提高了产量和生产效率，极大降低了生产成本、劳动力成本和能耗。目前，我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维之一。

　　近年来，随着国民经济的快速发展，国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域对玄武岩连续纤维及其复合材料的需求越来越大。与此同时，我国铁矿石资源缺乏，以玄武岩连续纤维制品替代钢材等在道路、桥梁及建筑中的运用逐渐升高。2022年中国玄武岩消费量为8150万吨，同比增长3.82%，其中建筑及建材领域消费占比为98.5%，其他领域占比为1.5%。

　　玄武岩是修理公路、铁路、机场跑道所用石料中最好的材料，具有抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性玄武石，玄武石具有耐磨、吃水量少、导电性能差、抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性等优点，并被国际认可，是发展铁路运输及公路运输最好的基石。随着玄武岩的使用范围不断扩大，市场规模也随之提高。2022年中国玄武岩市场规模为22.41亿元，同比增长8.95%，2015年到2022年复合增长率为11.59%，呈不断增长的态势。

　　(二)玄武岩纤维应用领域广泛

　　1. 隐形领域

　　玄武岩纤维的高强、耐高低温等特性，十分符合飞机、导弹表面材料要求，同时，其具有吸波透磁的特点，可以实现雷达隐形。所以玄武岩碳纤维可以部分替代碳纤维用于隐形飞机和导弹。

　　2. 防弹领域

　　目前军工领域防弹衣通常选用超高分子量聚乙烯纤维，其耐热性能低，在弹头的高温熔灼下强度和模量会降低，影响防弹效果。与之相比，玄武岩纤维耐高温性强，便不存在此问题。

　　3. 航空航天领域

　　玄武岩纤维热传导系数低，阻燃性能好，工作温度范围为-269℃~700℃，既耐高温又耐低温。满足航空航天领域对材料的苛刻要求，俄罗斯的航空航天材料大部分就是用这种材料做的。

　　4. 道路工程领域

　　玄武岩纤维具有抗拉强度高、力学性能好、耐高温、防紫外线、耐酸耐碱耐盐、抗老化等优点。相比其他纤维来说，其综合性能较好，也符合道路工程领域对材料的要求。因此，近年来已有越来越多的玄武岩纤维产品应用于道路工程中。

　　5. 隔热、耐温、防火领域

　　利用玄武岩纤维具有耐高温的特性，可织成防火布，用于一些消防领域。也可纺织成高温过滤袋，用于高温过滤、除尘。另外也可以做成针刺毡，用于一些保温领域。

　　6. 建筑/市政领域

　　利用玄武岩纤维优异的耐腐蚀性，可与乙烯基或者环氧树脂通过拉挤、缠绕等工艺复合成型，制成新型的建筑材料。这种材料具有高强度，优异的耐酸、耐腐蚀性，可代替部分钢筋用于土木工程中。而且玄武岩纤维的膨胀系数与混凝土相近，两者之间不会产生大的温度应力。

　　7. 山地光伏领域

　　玄武岩纤维屋面式光伏支架是采用拉挤和模压工艺，将玄武岩纤维和树脂等材料结合制成的复合材料组件，经科学拼装成轻质高强耐腐蚀的屋面光伏支架结构，解决了光伏项目建设中的行业痛点。具有耐腐蚀性能优异，使用寿命长，强度高，安全可靠，重量轻，安装运输方便，工期短和综合投资低，绿色环保等优点。

　　8. 汽车领域

　　玄武岩纤维摩擦系数稳定，可用在一些摩擦增强材料，如刹车片。由于吸音系数较高，可用在一些内饰件上，起到隔音降噪的效果。

　　9. 石油化工领域

　　玄武岩纤维的耐腐蚀性，让其在石油化工领域具有了独特的优势。常见的有与环氧树脂相结合的缠绕高压管道，具有保温和防腐蚀双重效果。

　　10. 污水治理领域

　　玄武岩纤维复合模压化粪池是将玄武岩纤维SMC片材投放在一定形状的模具中，对其进行高温高压而成，具有强度高、耐热性好、使用寿命长、表面光洁、对人体无害等显著特点。玄武岩纤维复合模压化粪池分小型整体式和大板组合式，小型整体式主要是针对农村家庭使用，大板组合式则是针对人数较多且集中的公共场所及设施使用。所有产品都可在施工现场进行装配。

　　(三)“全能型”纤维应用前景广阔

　　每根玄武岩纤维直径一般在10微米上下，只有黄种人头发直径的十分之一粗细，甚至能拉出更细的丝，但又比头发长得多，可达几千米。玄武岩纤维的生产原料充足，生产过程对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，是目前为止唯一无环境污染、不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品。人们说的“火山岩变丝”“点石成金”，道出了玄武岩纤维的生产工艺特征和它的应用价值。

　　随着科技的不断发展，玄武岩的加工技术也在不断改进，提高了玄武岩的加工效率和产品质量。同时，玄武岩的再生利用技术也在不断发展，降低了玄武岩的浪费和污染，提高了玄武岩的资源利用率。这些新技术的应用为玄武岩产业的发展提供了强有力的支持。

　　玄武岩纤维是最佳的“全能型”纤维，有着优良的综合品质，既耐酸又耐碱，既耐低温又耐高温，既绝热绝电又隔音，以及在恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等优异的综合性能。它可制成粗纱、细纱、土工布、套管等，在各行各业都有广泛的应用，以它为增强体可制成用途不同的多种复合材料，如短切纱、单向布、无捻粗纱、网格，在车船、航空航天等高新科技领域拥有替代现有玻璃纤维复合材料的能力。

　　综上所述，玄武岩产业具有广阔的发展前景。未来，随着科技的不断发展，玄武岩的应用领域将会更加广泛，玄武岩产业也将迎来更加广阔的发展空间。

　　文章来源：前沿材料