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第723章 材料学的实操经验 五

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一秒记住【笔趣阁】 biquge321.com,更新快,无弹窗!     陈祥宝摇了摇头,将内心的震撼强压下去,语气变得异常严肃:
    “虽然我是搞航空复合材料的,但材料这圈子,底层逻辑都是通的。你说的这个东西,简直就是现代机器人和柔性传感器的理想材料!”
    徐辰眼睛一亮:“哦?!愿闻其详。”
    “现在的机械手或者仿生机器人,为什么总是显得笨手笨脚?为什么让它们捏个生鸡蛋或者剥个鹌鹑蛋这么难?”
    陈祥宝竖起一根手指:“因为它们缺乏像人类一样的‘触觉’!”
    “目前业界最常用的柔性触觉传感器,是在聚二甲基硅氧烷(PDMS)这种柔性基体里,掺杂导电碳黑或者碳纳米管,形成一个随机分布的导电网络。这在材料学里叫‘逾渗网络’。可问题是,这种材料一旦被拉伸变形,里面的导电网络就会被破坏,逾渗路径被拉断,电阻会瞬间指数级变大!”
    “机械手一弯曲手指,传感器被拉伸,电阻突变,控制系统接收到的电信号就会严重失真。算法再牛逼,也处理不了这种根本不线性的垃圾信号。”
    陈祥宝死死盯着徐辰:“但如果真像你说的,有这样一种膜,它随你怎么拉伸变形,电阻都岿然不动。只要在它表面铺设微电容或者压电阻抗阵列,那机械手就能拥有近乎完美、毫无失真的触觉反馈!”
    “不光是机器人,医疗外骨骼、智能穿戴、脑机接口的柔性电极……这东西一旦量产,就是上千亿的蓝海市场!”
    徐辰内心一阵激动,我靠,发财了啊这是。
    果然,系统奖励的东西,就是牛逼。
    不过徐辰心里还是忍不住吐槽:系统你个老六,早说这玩意儿这么值钱啊!当年那个资产3亿的任务,该不会就是想让我把这个材料研发出来卖钱吧。自己还把这东西放系统里吃灰了这么久。
    ……
    接下来,三人顺势将话题深入到了这种材料的机制上。
    徐辰起身走到白板前,拿起马克笔,随手画了一棵歪歪扭扭的“树”。
    “我的构想是,让材料内部的导电网络,长成一种自相似的分形结构。”
    “平时电流走主干。拉伸的时候,主干变细,但原本悬空的细枝会互相搭上,补出新的并联通道;压缩的时候,主干变粗,但一部分会被挤进分形的孔隙里绕远路。一补一绕,刚好抵消。”
    他点到为止,没有往下展开。
    系统奖励的实物样品、虚拟实验室里测出来的那组数据,这些东西没法拿到台面上解释。他只能把它包装成一个“数学上推得通”的构想。
    陈祥宝盯着白板上那棵树看了足足半分钟,眼神越来越亮。
    “妙啊……用几何去对冲几何。”老院士喃喃道,“不过,分形和分形可不一样。你这棵树,维度是多少?”
    一针见血。
    徐辰心里暗赞一声,果然是老行家,一下就摸到了命门。
    “具体数值还在算。”徐辰含糊了一句,“只能说,它得落在一个很窄的窗口里。维度偏高或者偏低一点,恒阻效应就会失效。”
    “那就难了。”陈祥宝把眼镜摘下来,在衣角上擦了擦,“画出一棵分形树容易,在反应釜里种出一棵‘指定维度’的分形树,那是另一回事。”
    ……
    “你问怎么从机制反推工艺,我们这行有个老思路。”
    陈祥宝重新戴上眼镜,走到白板另一侧,写下三个词:结构、过程、工艺。
    “别一上来就想配方。先问自己:自然界里,什么样的物理过程,会自发长出你要的这种结构?”
    “找到了过程,再去想,车间里有哪些可以拧的旋钮,能控制这个过程。”
    “分形嘛,自然界里最常见的就那么几种来路。”老院士掰着手指,“电化学沉积,金属枝晶一根一根往外长;黏性指进,往油里注水,冒出来一片珊瑚似的花纹;还有扩散限制聚集……”
    “DLA。”徐辰顺口接道,“上世纪80年代年Witten和Sander发在《PhysicalReviewLetters》上的那个模型。粒子随机游走,碰到团簇就粘上,最后自己长成一棵树。”
    陈祥宝写字的手顿了一下,回头看了徐辰一眼。
    这篇论文在凝聚态圈子里算经典,可在材料学的日常工作里,能随口报出作者和年份的人,可不多。
    “对,就是它。”老院士继续写道,“但关键在这儿。同样是聚集,维度是可以调的。”
    “粒子一碰就粘,长出来的树枝最稀疏,三维情况下维度大概2.5;要是粒子碰了好几次才粘上,它就有机会往里钻,团簇会长得更密实。反过来,团簇和团簇之间互相聚,维度又会掉到2左右。”
    “所以控制维度,本质上就是控制粘附概率,控制反应和扩散谁快谁慢。”
    徐辰的瞳孔微微一缩。
    2.314。
    恰好卡在“团簇聚集”和“扩散限制”之间。
    他脑海中那道一直没想通的坎,在这一刻豁然贯通:只要把聚合反应的速率,精确地压在扩散速率和反应速率之间的某个平衡点上,就有可能把维度“锁”在那个数字附近。
    “那具体能拧的旋钮有哪些?”徐辰追问。
    “多了去了。”陈祥宝如数家珍,“如果你走原位聚合的路子,比如聚苯胺、PEDOT这一类导电高分子,单体浓度、反应温度、氧化剂的滴加速度,都直接影响链的生长速率。基体的黏度决定扩散快慢。实在不行,外加一个弱电场,给生长方向一个偏置。”
    说到这里,老院士话锋一转,敲了敲白板。
    “但我得给你泼盆冷水。实验室里巴掌大的样品,你调好参数,长得漂漂亮亮。一放大到工业尺寸,全是坑。”
    “比如流延成膜,你在模型里肯定预设反应温度是均匀的吧?实际上,边缘散热远快于中心,边缘反应慢、中心反应快,同一张膜上,边缘和中心长出来的就是两种维度的树,还会产生残余应力,薄膜直接卷边。”
    “这种情况,别去改公式。在模具边缘加一组红外补偿加热管,比什么都管用。”
    “还有溶剂挥发这一步,别光盯着分子动力学。车间里的空气湿度,你一定得管住。”
    陈祥宝像是想起了什么,苦笑了一下:“九十年代我们做一种耐高温树脂,配方在实验室里验证了几十遍,一点问题没有。结果一到南方厂里赶上回南天,整整三批料全废了。后来查了两个月才查出来,是挥发期混进去的微量水汽,在材料里留下了一堆微孔。”
    “你这种分形网络,最怕的就是局部截断。水汽一进去,导电网络就会出现死区。一处断了,整棵树就垮了。”
    听着老院士将这些书本和论文上根本查不到、全是用无数经费和失败教训喂出来的“工艺秘方”倾囊相授,徐辰顿觉茅塞顿开。那些他原本两眼一抹黑的制备环节,此刻终于有了清晰的路标。
    徐辰听得极其认真,时不时在白板角落飞快地记下要点。这一场短短几个小时的交流,省掉了他在虚拟实验室里可能要盲目试错的无数轮,绝对是真正的受益匪浅。
    ……
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