第723章材料学的实操经验五

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    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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