第350章 材料不够,石墨烯来凑!
遇事不决,量子力学,脑洞不够,平行宇宙。
这是网络上很热门的一句话,意思是遇到解决不了的事情或者疑问时,说是“量子力学”就行了。
而在材料界,其实也有一句这样的话语。
材料不够,石墨烯来凑。
石墨烯,被材料界的人称作‘全能材料’。
它是一种由碳原子紧密堆积成单层的‘二维蜂窝状晶格结构’的碳材料,具有优异的光学、电学、力学特性。在材料学、微纳加工、能源、生物医学、药物传递等几乎大部分应用领域都具有适应性和重要的应用前景。
这是一种火出圈的材料,很多普通人都知道。
当然,石墨烯材料的性能之强大,也让人咋舌。
它的强度硬度甚至超过了钻石,能达到优质钢材的百倍一块用它制成的一厘米厚板材,能够让一头五吨重的成年大象稳稳站在上面而不会塌陷折断。
再比如在透光性方面,普通玻璃的透光率只有89%左右,而石墨烯的透光率可以达到97.7%,所以肉眼下它几乎是透明的。
而如果用石墨烯制造手机电脑的电池屏幕,屏幕几乎可以随意折叠,甚至折成豆腐块放进口袋里都不影响它的性能。
在导电导热方面,目前也还没有什么传统材料可以超过石墨烯。
此外,石墨烯材料同样是目前也是超导研究领域的一大方向。
2018年的时候,米国麻省理工学的曹原和他的导师,麻省理工学院的物理学家巴勃罗.贾里洛.埃雷罗为代表的研究人员在 nature杂志上发表论文,展示了团队在石墨烯上的研究成果。
当两片石墨烯重叠转角接近1.1°时,能带结构会接近于一个零色散的能带,导致这个能带在被半填充时会转变成一个莫特绝缘体。
而这种对堆叠的石墨烯进行旋转和充电后具有的超导性。
再加之石墨烯具有极高迁移率的电子,使其拥有可以像超导体中实现两两配对电子的可能,使其成为了研究高温超导,甚至常温超导的未来材料之一。
不过要想在石墨烯上突破常温超导,难度很大。
哪怕是在十几年后,徐川也没听说过哪个国家能制造石墨烯高温超导材料,高温石墨烯超导依旧处于实验室探索中,至于常温超导,就更别提了。
当然,石墨烯超导材料的潜力非常巨大。
一方面在于石墨烯这种二维材料,只要找到了方法,就可以像橡皮泥一样任意捏造,圆的方的长的扁的线条空心都可以。
另一边方面,就在于石墨烯材料的电流载荷能力了。
超导材料与超导材料之间亦是有区别的。
电流载荷能力越强,能提供的磁场和各种性能就越强。
而在这方面,石墨烯拥有着巨大的潜力。
这种极品材料,限制它应用的唯一原因就是工业化生产实在太困难了。
目前来说,还找不到一种能大量、稳定产出高质量石墨烯的方法。
不过对于现在来说,徐川要的并不是石墨烯材料的超导能力,他只需要石墨烯优异的物理性能来辅助提升高温铜碳银复合超导材料的韧性。
至于目前石墨烯无法大批量生产的问题,那并不是他需要头疼的问题。
如果是应用在超导材料上,小批量的制造也足够了。
如何削减成本、如何产品化、如何从中牟利,那都是工业界和商业界需要去考虑的,和他这个学者没什么太大的关系。
相对比张平祥院士所说的的掺杂氧化锆原子来说,徐川更看好通过石墨烯材料作为晶须(纤维)增韧材料来弥补高温铜碳银复合材料的韧性。
因为对于一种超导材料来说,如果材料间晶构破裂,是会导致超导能隙出现缺口的,而超导能隙出现缺口,则会导致各方面的超导性能都急剧降低。
但晶须(纤维)增韧技术的核心其实要归根于材料的化学键上面去。
众所周知,绝大部分的金属材料都很容易产生塑性变形,其原因是金属键没有方向性。
而在陶瓷这类材料中,原子间的结合键为共价键和离子键,共价键有明显的方向性和饱和性。
在这种情况下,离子键的同号离子接近时斥力很大,所以主要由离子晶体和共价晶体组成的陶瓷,滑移系很少,一般在产生滑移以前就发生断裂。(高中知识,别再说看不懂了!)
这就是室温下陶瓷材料脆性的根本原因,而高温铜碳银复合超导材料的性质和陶瓷材料很类似。
但晶须(纤维)增韧技术能很好弥补这一点,当晶须或纤维在拔出和断裂时,都要消耗一定的能量,有利于阻止裂纹的扩展,提高材料断裂韧性。
简单的来理解,就是当你要掰断一根筷子的时候,在筷子上有一层薄膜,这层薄膜能吸收来自你手臂的力量,从而保持内部筷子的形状。
当然,使用石墨烯来进行晶须(纤维)增韧的具体情况会更复杂。
因为石墨烯和高温铜碳银复合超导材料的结合并不是简单的混合在一起的,它更像是一种复合材料,通过极薄的界面有机地结合在一起。
这种情况下,石墨烯中的化学键是有可能会取代铜碳银复合材料中的掺杂的碳原子键的。
徐川之所以选择使用石墨烯来当做增韧材料,也是因为考虑到了这点。
石墨烯是纯净的单层,‘二维蜂窝状晶格结构’的碳材料,它与铜碳银材料界面的有机结合并不会改变高温铜碳银复合超导材料的成分。
所以从理论上来说,通过石墨烯来进行晶须(纤维)增韧还是有可能达到目的。
至于具体是否能做到,那就要看实验的结果了。
川海材料实验室中,徐川和张平祥各种从自己看好的方向出发,研究着解决高温铜碳银复合超导材料韧性不够的问题。
另一边,之前离去准备国内可控核聚变实验堆参数信息的高弘明回来了。