Глава 374. В конце концов он всего лишь младший •
Радость от хороших новостей по проекту управляемого ядерного синтеза ещё не улеглась, как из Исследовательского института материалов Чуаньхай пришла ещё одна хорошая новость.
Не то чтобы был какой-то прорыв в области высокотемпературных сверхпроводящих материалов, а, как говорят, был найден способ быстрого синтеза графена.
Графен - это название, которое, вероятно, слышал каждый, кто хоть немного интересуется материаловедением.
Это двумерный материал из углерода в форме шестиугольника на атомном уровне, который имеет важные перспективы применения в оптике, электротехнике, механике, микро- и нанообработке, энергетике, биомедицине и доставке лекарств.
Это также самый тонкий, самый прочный и самый проводящий тепло и электричество новый наноматериал из всех обнаруженных в настоящее время, называемый "чёрным золотом" и "королём новых материалов".
Учёные даже предсказывают, что графен "полностью изменит 21 век". Весьма вероятно, что он вызовет революцию в новых технологиях и отраслях промышленности, которая охватит весь мир.
Если говорить о его недостатках, то, с одной стороны, крупномасштабное производство графена очень сложное и дорогое, а с другой стороны, графен легко окисляется на воздухе, что в определённой степени ограничивает область его применения.
Конечно, здесь имеется в виду тот графен, который может быть использован в промышленности, а не тот, который можно получить, проведя карандашом 2B по бумаге, получив несколько сотен слоёв графена.
Такой графен не имеет никакого смысла.
В настоящее время мировое производство графена в 19 году, согласно отчётам, составило в общей сложности не более 1200 тонн во всех странах.
Одна тысяча двести тонн - это число по сравнению с мировым спросом на графен - даже не капля в море.
Ранее, при воспроизведении высокотемпературного медно-углеродно-серебряного композитного сверхпроводящего материала, Сюй Чуань попросил Исследовательский институт материалов Чуаньхай попутно исследовать углеродные наноматериалы, и цель была именно в этом, он хотел попробовать, можно ли добиться какого-либо прорыва в этой области.
Ведь помимо графена, существует множество других видов углеродных наноматериалов.
Например, углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна, наноуглеродные шарики, фуллерены, наноалмазы и т.д., эти углеродные наноматериалы также имеют довольно широкие перспективы применения.
Например, фуллерен, помимо некоторых свойств, присущих графену, может применяться и в косметике.
Фуллерен C60 обладает способностью удалять активные формы кислорода, активировать клетки кожи, предотвращать старение и т.д.
С 21 века фуллерен начал использоваться в качестве сырья для косметики, обладая превосходными свойствами против морщин, отбеливания и предотвращения старения, став популярным передовым косметическим ингредиентом. Многие элитные бренды средств по уходу за кожей содержат фуллерен.
Его уникальные свойства позволяют ему, как губке, удалять свободные радикалы с кожи, обладая сильной поглощающей способностью и огромной ёмкостью.
Но его недостаток такой же, как и у графена, его также невозможно производить в больших количествах.
Углеродные наноматериалы можно назвать огромной сокровищницей, и если извлечь из неё хоть немного, этого будет достаточно, чтобы пользоваться всю жизнь.
Именно с таким настроем Сюй Чуань и попросил Исследовательский институт материалов Чуаньхай попутно исследовать эту область.
Однако он действительно не ожидал, что в области графена институт так быстро добьётся прорыва.
Быстро добравшись до Исследовательского института материалов Чуаньхай, Сюй Чуань пришёл в кабинет Фань Пэнъюэ.
Увидев его, старший брат Фань, занятый работой, отложил ручку.
Сюй Чуань тоже не стал тратить время попусту и сразу же спросил: "Где новый метод синтеза графена?"
Фань Пэнъюэ встал, открыл ящик стола и достал заранее подготовленные материалы, протянув их ему.
Сюй Чуань взял их и внимательно просмотрел.
Результат его немного удивил: способ быстрого синтеза графена, разработанный Исследовательским институтом материалов Чуаньхай, был обнаружен не группой по исследованию углеродных наноматериалов, а группой по исследованию литиевых батарей, случайно, при исследовании литий-серных батарей.
Из-за искусственной тонкой плёнки SEI в Исследовательском институте материалов Чуаньхай всегда был отдельный отдел, занимающийся исследованиями литий-ионных батарей, литий-серных батарей, литий-металлических батарей и т. д.
Ведь при решении проблемы литиевых дендритов эти батареи являются очень перспективной областью.
И при дальнейшей оптимизации литиевых батарей исследователь по имени Янь Лю использовал гидрат гидразина / аскорбиновую кислоту / расплавленный гидроксид соли / отработанную алюминиевую фольгу токосъёмника положительного электрода в качестве восстановителя, пытаясь модифицировать положительный электрод LiFePO4, чтобы улучшить электрохимические характеристики и стабильность цикла литиевой батареи.
Оптимизация не удалась, но, к удивлению, при проверке продукта, полученного в результате неудачного эксперимента, Янь Лю обнаружил слой углеродной плёнки, прикреплённый к отрицательному электроду.
После проверки было установлено, что это слой графеновой плёнки высокой чистоты.
Этот слой графеновой плёнки сразу же привлёк внимание Янь Лю, он знал, что Исследовательский институт материалов Чуаньхай в настоящее время исследует углеродные наноматериалы, поэтому быстро сообщил об этом Фань Пэнъюэ.
По распоряжению Фань Пэнъюэ, под руководством Янь Лю и при содействии других исследователей углеродных наноматериалов, была создана специальная группа для изучения этого слоя графена, или, скорее, первоначального процесса эксперимента.
В конечном итоге исследование показало, что внедрение/извлечение Li+ в процессе зарядки/разрядки LIBs разрушает ван-дер-ваальсовы связи между слоями графита, вызывая расширение решётки, что позволяет эффективно разделить слои графита.
Для этого графитовый отрицательный электрод, прошедший электрохимический цикл, после химического окисления даёт равномерно диспергированный GO, который под действием силы сдвига и обработки кислотой может увеличить выход графена, тем самым образуя графен.
В результате дальнейших экспериментов по восстановлению Янь Лю и его коллеги получили графен с количеством слоёв от одного до четырёх, причём эффективность отслаивания в 3-11 раз выше, чем у природного графита, максимальный выход достигает 40%, толщина слоя графена составляет 1,5 нм, а электропроводность материала - 9100 См/м.
По сравнению с обычными методами получения однослойных или многослойных графеновых материалов, такими как механическое отслаивание, ориентированное эпитаксиальное выращивание, жидкофазное или газофазное прямое отслаивание, эффективность этого метода действительно можно назвать довольно высокой.
Прочитав материалы в руках, Сюй Чуань тоже немного вздохнул.
Нельзя не сказать, что иногда удача в процессе исследования материалов действительно очень важна.
Кто бы мог подумать, что при оптимизации литий-ионных батарей будет случайно найден совершенно новый способ получения графеновых материалов высокой чистоты?
Конечно, у этого способа синтеза графеновых материалов есть и проблемы.
Например, использование этого метода, который можно назвать "химическим окислением-восстановлением", для получения графена из отработанных литий-серных батарей, очевидно, также связано с использованием экологически вредных и дорогих окислителей и восстановителей.
В то же время из-за химической реакции также нарушается целостность структуры графена и так далее.
Всё это проблемы.
Но если отбросить эти проблемы, то перспективы получения графеновых материалов с помощью этого метода действительно широки.
Подробно изучив процесс получения этого графенового материала и 정리ровав некоторые свои мысли, Сюй Чуань передал это дело исследователю по имени Янь Лю для дальнейшей работы.
Что касается его самого, то он вернулся в парк управляемого ядерного синтеза Цися, чтобы руководить работой.
Массовое производство графена действительно очень важно, это очень широкий рынок, но первый запуск устройства синтеза "Рассвет" ещё важнее. С другой стороны, в то время как Сюй Чуань тщательно готовился к пробному запуску, устройство EAST на научном острове Луян уже было готово к повторному запуску.
Время быстро подошло к двадцать пятому сентября.
Погода ранней осенью была безоблачной, лёгкий ветерок приносил с собой знойный воздух, обдувая лица людей.
Научный остров Лучжоу, главная диспетчерская реактора управляемого ядерного синтеза EAST, Чэнь Минцзи пристально смотрел на экран перед главным пультом управления, на котором различные прыгающие изображения и кривые показывали, что устройство EAST работает.
Рядом помощник Мо Хунъюнь докладывал о ситуации: "Академик Чэнь, температура плазмы достигла 117 миллионов градусов Цельсия, начинать ли официальный эксперимент по запуску?"
Чэнь Минцзи кивнул и отдал приказ: "Начать эксперимент по запуску!"
По мере передачи команды, одна за другой выполнялись различные работы, и медленно и напряжённо шло время.
Пять минут быстро прошли.
Надо сказать, что устройство EAST, прошедшее через тысячи экспериментальных разрядов, действительно имеет свои возможности, пять минут, триста секунд - это не его предел.
И в главной диспетчерской Чэнь Минцзи, постоянно следивший за различными данными, удовлетворённо смотрел. Хотя ранее он приказал установить время работы на пять минут, он также подготовил запасной вариант.
Если в процессе эксперимента устройство EAST будет работать хорошо, эксперимент будет продолжен до достижения предела EAST.
Неизвестно, сколько прошло времени, но в главной диспетчерской раздался радостный возглас.
На лице Чэнь Минцзи, стоявшего в толпе, тоже появилась улыбка.
Хотя из-за проблем с позицией и взглядами он не питал симпатии к академику Сюю, но он был искренне рад прогрессу в эксперименте по управляемому ядерному синтезу.
450,73 секунды!
Несомненно, эта продолжительность работы побила исторический рекорд для токамаков!
Более 120 секунд, созданные французским сверхпроводящим токамаком, составляют лишь треть от этого времени.
По сравнению с предложенными им ранее тремястами секундами, это почти на половину больше.
Семь с половиной минут - этих данных достаточно, чтобы он мог похвастаться перед всем миром.
После завершения заключительных работ Чэнь Минцзи также принял приглашение СМИ и дал подробный отчёт об этом эксперименте по запуску EAST.
Ведь в настоящее время EAST является крупнейшим и самым передовым реактором управляемого ядерного синтеза в Китае, а 450 секунд работы побили рекорд продолжительности работы в двадцать секунд при температуре в сто миллионов градусов, установленный Южной Кореей, создав новый исторический рекорд.
Нет причин не сделать репортаж о таком великом моменте и не показать его всему миру.
Особенно для Чэнь Минцзи такое освещение в СМИ необходимо.
Ведь каждый эксперимент по запуску, особенно такой, который бьёт рекорды, является лучшим доказательством для него, чтобы просить финансирование у начальства, а также лучшим способом контролировать область управляемого ядерного синтеза в стране.
"Академик Чэнь, для меня большая честь взять у вас интервью сегодня. Я слышал, что EAST только что достиг продолжительности работы в 450 секунд, не могли бы вы объяснить простым людям, что означает это число?"
Репортёр из "Газеты атомной промышленности", пришедший взять интервью, после вежливого приветствия начал официальное интервью.
Чэнь Минцзи с улыбкой кивнул, в приподнятом настроении сказав: "Конечно, без проблем."
"EAST - это экспериментальная установка управляемого ядерного синтеза с магнитным удержанием, полностью разработанная Институтом плазмы Луяна, а также первый в мире полностью сверхпроводящий токамак некруглого сечения. В последние годы мы добились ряда оригинальных результатов в области исследований высокопроизводительной, стационарной и длинноимпульсной плазмы."
"Например, продолжительность работы. При температуре в сотни миллионов градусов самая большая продолжительность работы ранее составляла 20 секунд в Южной Корее, а сегодня, на этой основе, мы увеличили время до 450 секунд! Увеличение в двадцать два раза."
"Это не только обновляет рекорд продолжительности работы токамака, но и обновляет рекорд самой большой продолжительности работы реактора управляемого ядерного синтеза, созданный стелларатором Wendelstein 7-X."
"Конечно, это означает, что мы находимся на переднем крае мира на пути к управляемому ядерному синтезу, а также означает, что мы ещё на один шаг приблизились к реальному осуществлению управляемого ядерного синтеза!"
Репортёр: "Поздравляю вас, вы создали новую историю."
Сначала поздравив, репортёр из "Газеты атомной промышленности" продолжил спрашивать: "Я слышал, что проект управляемого ядерного синтеза Цися, возглавляемый академиком Сюй Чуанем, также осуществил зажигание в июле, и это второй в настоящее время в нашей стране реактор синтеза, способный контролировать температуру в сотни миллионов градусов."
"И ожидается, что первого октября они также начнут эксперимент по зажиганию. Что вы думаете об этом? Сможет ли академик Сюй также достичь продолжительности работы в 450 секунд?"
Услышав это, Чэнь Минцзи усмехнулся, но тут же сдержал улыбку и сказал: "Достичь продолжительности работы в 450 секунд не так-то просто."
"EAST с 2007 года по настоящее время, потратив целых тринадцать лет, смог достичь продолжительности работы в 450 секунд. И этот рекорд в настоящее время не может быть достигнут ни одной другой страной, что показывает, насколько труден этот путь."
"Честно говоря, я не очень оптимистичен в отношении проекта ядерного синтеза, возглавляемого академиком Сюем. Он полагается на списанное оборудование, купленное у Института плазмы Планка, и с момента его возвращения прошло всего менее двух месяцев."
"Два месяца - это очень хорошо, чтобы провести эксперимент по зажиганию, но для достижения рекорда работы EAST в 450 секунд, вероятно, потребуется немного больше времени."
В последней фразе, на слове "немного", Чэнь Минцзи специально сделал акцент.
И напротив, репортёр из "Газеты атомной промышленности", очевидно, понял слова собеседника, но ничего не сказал, а лишь улыбнулся.
Судя по словам собеседника, это "немного", вероятно, означает неопределённый срок.
Ведь он не мог докапываться до сути, ему оставалось лишь считать, что академик Чэнь ответил уклончиво.
Улыбнувшись, репортёр продолжил спрашивать: "То есть, заявление академика Сюя о том, что он хочет побить рекорд первого октября, вероятно, будет не так-то просто выполнить?"
Чэнь Минцзи с улыбкой кивнул и сказал: "В токамаке есть много проблем, которые необходимо решить, к тому же это подержанное оборудование, и если им удастся успешно запустить его на десять секунд, это уже будет очень хорошо."
"Побить рекорд, даже предыдущий рекорд в 20 секунд зажигания при температуре в сотни миллионов градусов, установленный Южной Кореей, очень и очень сложно, надежды мало. Что касается достижения 450 секунд работы EAST, то, вероятно, потребуется очень много времени, чтобы этого добиться."
"В конце концов, на пути к управляемому ядерному синтезу он всего лишь младший."