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第四百二十章 纤维增韧

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  这两周的时间里,在项目组里,田翼翔可以说是亲眼看着陈林和几位研究员搞出的这个新模型,是如何在材料学研究中发挥出作用的!

  尽管眼前那份模型,因为录入的底层数据还不够完善,能起到的作用还极其有限。

  但它在材料研究领域,已经实打实地开辟出了一条前无古人的全新道路!

  在以往的材料研究过程中,针对一种新材料的研究,一般都是老教授带着一帮学生,根据常年积累的经验去慢慢摸索、去疯狂炼丹。

  虽然计算机模拟也能在这个过程中起到一定的辅助作用,比如利用计算机模拟技术对材料的性质和行为进行预测和分析。这个环节包括了理论计算、分子动力学模拟(MD)和有限元分析(FEA)等等。

  但实际上呢?

  只要是搞过材料的人都知道,那些传统手段模拟出来的结果,其实准确度并不是很高,很多时候甚至会给出极其离谱的错误指引。在整个材料的研究过程中,它们起到的作用还是相当有限的。

  而陈林的这个模型则完全不同!

  它是直接根据材料最底层的微观物理机理,从根源的数学逻辑上去做推衍的!只要边界条件给得足够精准,它就能在计算机的帮助下,直接极其精确地模拟出整个材料的合成过程和最终的物理参数!

  老实说,只要是搞材料的,谁做梦没想过能搞出这么一个外挂?

  但几十年来,全蓝星没人能做到。

  因为这需要的研究者,不仅要精通最前沿的凝聚态物理,更需要具备那种超强的数学推演能力!

  要从材料那混沌的机理中,硬生生建立起一套逻辑自洽的数学模型,难度实在太大了。

  也就屏幕里眼前这个惊才绝艳的年轻菲奖得主,有这个变态的能力,还有这个闲心思去搞这种跨界的降维打击了。

  面对田院士这番极其崇高的评价和对未来的担忧,陈林只是非常轻松地笑了笑。

  “田院士,量子计算机什么的,这个以后再来烦恼吧。”陈林靠在椅背上,语气随意,“饭要一口一口吃,至少目前阶段,这个模型能给咱们少走很多弯路、提供不少的帮助就行了。”

  顿了顿,陈林将话题重新拉回了正轨,接着说道:“至于刚才提议的氧化铪(HfO2)掺杂,我觉得可以找时间在实验室里跑一组数据看看效果。反正咱们现在经费充足,试错成本完全承担得起。”

  田翼翔也是个实干派,立刻点了点头:“行,这个氧化铪的实验,我回头亲自来做!老实说,从直觉上,我还挺看好它那种扭转晶构的特性的。”

  不过,田院士紧接着又抛出了一个极其现实的问题:“但是,如果氧化铪的掺杂效果不好,超导性能下降得太厉害的话……你们大家还有没有什么别的想法?”

  视频会议里顿时安静了几秒钟。

  然后,忽然之间,那个脾气有点冲、但脑子转得极快的平头博士后方琮,开口了。

  “要说想法,这些天咱们没日没夜地一直都在研究这个脆性的问题,不可能说一点想法都没有。”

  方琮推了推眼镜,显然是有备而来,他看着屏幕,很从容地回答道:“相比较于直接在材料内部进行掺杂,我可能更看好镀层这种外部处理的方式一点。”

  “镀层?”

  田翼翔听到这个词,眉头立刻微微皱了起来:

  “方博士,在一般的离子镀反应沉积硬质涂层过程中,由于电弧放电的特性,常常会不可避免地存在熔滴现象。这些熔滴,最终会以金属相的形式存在于涂层之中。”

  “不可否认,这种现象对释放涂层的内应力、改善材料的整体韧性,确实有一定的作用。”

  田院士话锋一转:“但是,这些熔滴的金属相,它的尺寸通常都比较大,基本都在微米数量级!而且,它们在涂层中的分布是极其随机的,根本做不到均匀分布!”

  “这种微米级且随机分布的金属相,不仅会严重降低涂层的硬度,而且会导致材料的耐腐蚀和抗氧化性能出现显著的下降。因此,在常规的材料学里,这本来就不是硬质与超硬涂层增韧的有效方法。”

  田院士看着方琮总结:

  “如果想要通过这种传统的镀层手段,来增强咱们这款高温超导复合材料的韧性,恐怕很难做到。甚至,因为那些微米级金属相的随机分布,它还会在极大程度上破坏超导材料表面的晶体结构,直接造成超导特性的失效!”

  只是田院士看着方琮那张依然保持着从容的脸,忽然有些期待地问道:“不过,既然你在这个时候提出了这个想法,那你是不是有其他的、能够绕开这些缺陷的特殊方式的?”

  方琮显然是对这个问题思考得极其深入、极其周全。

  面对田院士的连番追问,他毫不慌乱,非常自信地点了点头:“田院士您说得没错,无论是传统的镀层手段,还是等离子溅射,都可能无法完美解决这块高温超导复合材料的韧性问题。甚至,它们确实会因为镀层过程中的物理渗透,而导致变相的掺杂问题,破坏超导能隙。”

  方琮嘴角勾起一抹笑意,“但是我们可以换种思路啊!”

  “既然离子镀沉积产生的熔滴会产生破坏性的金属相,那我们就让它不产生金属相不就行了?”

  在众人疑惑的目光中,方琮抛出了自己真正的杀手锏:

  “而在传统的陶瓷材料增韧手段中,刚好就有一种能够完美避开金属相产生的方式——”

  “纤维增韧!”

  “纤维增韧?!”

  田翼翔眼睛一亮,“不错!”

  他激动得一拍大腿,直接顺着方琮的思路往下推演:

  “在纤维增韧的过程中,作为增韧材料的纤维,与原本的超导基材之间的结合,并不是那种破坏内部晶格的简单混合!它是一个有机的复合体!”

  “它们之间,是通过一层极其微观、极薄的界面,有机地结合在一起的,然后再通过改善界面与基体之间的结合强度,来达到提升整体韧性的目的!”

  田院士越说越兴奋,语速飞快:“这样一来,它就完美地避开了离子镀产生的熔滴金属相问题,也解决了内部掺杂导致原材料晶构被破坏的致命缺陷!再加上它类似于薄膜复合的物理性质,从宏观上来看,也并不会很大程度地影响超导材料本身的电子传递!”

  但兴奋过后,田院士作为老科研人的严谨又冒了出来,他深吸了一口气,眉头再次微微皱起:“只是,这种方案理论上极其完美,但要在现实中寻找一种既能满足力学要求、又不会对超导基材产生排斥的合适的增韧纤维材料,恐怕难度非常大啊……”

  名叫老李的地中海研究员,看到田院士说着说着又陷入了思考,接着田院士的话往下剖析:

  “没错。如果要使用纤维增韧,那么,起增强作用的纤维材料,它的弹性系数必须远远高于原有的超导基体;并且,增韧纤维与基体之间,在热膨胀系数和化学性质上,必须是相容的!”

  老李推了推眼镜,极其冷静地指出了其中的矛盾点:“第一个条件还好说,比咱们这种偏陶瓷属性的材料弹性系数高的纤维材料,市面上有一大把;但第二个相容性的条件,就比较麻烦了。”

  “因为咱们这是超导材料!它对界面的电子态极其敏感!如果增韧纤维和基材在界面处发生深度的相容反应,那在微观层面上,这依然等同于一种界面掺杂,这极有可能会直接导致界面处的超导能隙失效!”

  不相容,结合强度不够,起不到增韧效果;

  相容了,结合得太好,又会破坏超导能隙。

  这似乎又陷入了一个死循环。

  然而方琮的脸上却依然没有半点慌乱,显然有所准备:“可以只处理一面,保留另一面的完整性。”

  田翼翔听了他的话,点点头:“理论上的确可以,只是单面处理的效果可能没那么好。但是对于我们这种新材料来说,只要能提升一定的系数就足够了。”

  “这种方式还真说不定可行,只是选用哪种材料当做纤维增韧材料需要好好考虑一下了。”

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