陳祥寶重新戴上眼鏡,走到白板另一側,寫下三個詞:結構、過程、工藝。
“別一上來就想配方。先問自己:自然界裡,什麼樣的物理過程,會自發長出你要的這種結構?”
“找到了過程,再去想,車間裡有哪些可以擰的旋鈕,能控制這個過程。”
“分形嘛,自然界裡最常見的就那麼幾種來路。”老院士掰著手指,“電化學沉積,金屬枝晶一根一根往外長;黏性指進,往油裡注水,冒出來一片珊瑚似的花紋;還有擴散限制聚集……”
“DLA。”徐辰順口接道,“上世紀80年代年Witten和Sander發在《Physical Review Letters》上的那個模型。粒子隨機遊走,碰到團簇就粘上,最後自己長成一棵樹。”
陳祥寶寫字的手頓了一下,回頭看了徐辰一眼。
這篇論文在凝聚態圈子裡算經典,可在材料學的日常工作裡,能隨口報出作者和年份的人,可不多。
“對,就是它。”老院士繼續寫道,“但關鍵在這兒。同樣是聚集,維度是可以調的。”
“粒子一碰就粘,長出來的樹枝最稀疏,三維情況下維度大概2.5;要是粒子碰了好幾次才粘上,它就有機會往裡鑽,團簇會長得更密實。反過來,團簇和團簇之間互相聚,維度又會掉到2左右。”
“所以控制維度,本質上就是控制粘附機率,控制反應和擴散誰快誰慢。”
徐辰的瞳孔微微一縮。
2.314。
恰好卡在“團簇聚集”和“擴散限制”之間。
他腦海中那道一直沒想通的坎,在這一刻豁然貫通:只要把聚合反應的速率,精確地壓在擴散速率和反應速率之間的某個平衡點上,就有可能把維度“鎖”在那個數字附近。
“那具體能擰的旋鈕有哪些?”徐辰追問。
“多了去了。”陳祥寶如數家珍,“如果你走原位聚合的路子,比如聚苯胺、PEDOT這一類導電高分子,單體濃度、反應溫度、氧化劑的滴加速度,都直接影響鏈的生長速率。基體的黏度決定擴散快慢。實在不行,外加一個弱電場,給生長方向一個偏置。”
說到這裡,老院士話鋒一轉,敲了敲白板。
“但我得給你潑盆冷水。實驗室裡巴掌大的樣品,你調好引數,長得漂漂亮亮。一放大到工業尺寸,全是坑。”
“比如流延成膜,你在模型裡肯定預設反應溫度是均勻的吧?實際上,邊緣散熱遠快於中心,邊緣反應慢、中心反應快,同一張膜上,邊緣和中心長出來的就是兩種維度的樹,還會產生殘餘應力,薄膜直接卷邊。”
“這種情況,別去改公式。在模具邊緣加一組紅外補償加熱管,比什麼都管用。”
“還有溶劑揮發這一步,別光盯著分子動力學。車間裡的空氣溼度,你一定得管住。”
陳祥寶像是想起了什麼,苦笑了一下:“九十年代我們做一種耐高溫樹脂,配方在實驗室裡驗證了幾十遍,一點問題沒有。結果一到南方廠裡趕上回南天,整整三批料全廢了。後來查了兩個月才查出來,是揮發期混進去的微量水汽,在材料裡留下了一堆微孔。”
“你這種分形網路,最怕的就是區域性截斷。水汽一進去,導電網路就會出現死區。一處斷了,整棵樹就垮了。”
聽著老院士將這些書本和論文上根本查不到、全是用無數經費和失敗教訓喂出來的“工藝秘方”傾囊相授,徐辰頓覺茅塞頓開。那些他原本兩眼一抹黑的製備環節,此刻終於有了清晰的路標。
徐辰聽得極其認真,時不時在白板角落飛快地記下要點。這一場短短幾個小時的交流,省掉了他在虛擬實驗室裡可能要盲目試錯的無數輪,絕對是真正的受益匪淺。
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