Глава 877. Неожиданный метод высокоэффективной интеграции углеродных нанотрубок •
Повесив трубку, Сюй Чуань снова развернул свернутый в рулон отчет об экспериментальных данных.
Оценка разработки углеродных чипов как проекта S-класса полностью соответствует стандартам.
Другими словами, это потому, что максимальная оценка проектов в Исследовательском институте "Синхай" - только S, если бы были уровни SS или SSS, он также был бы достоин.
Точно так же, как отличник получает сто баллов, потому что максимальный балл за экзамен - всего сто баллов, оценка углеродных чипов для Исследовательского института "Синхай" - S, потому что максимальная оценка - только S.
Это должен быть первый проект S-класса Института материалов, до этого у Института материалов не было проектов S-класса, самый высокий уровень - A.
Перелистывая отчет об экспериментальных данных в руке, Сюй Чуань задумался.
Хотя его исследования в области материалов довольно выдающиеся, но в области чипов он полный профан.
Потому что это затрагивает слишком много областей.
Материалы, проектирование, производство, упаковка и тестирование, оборудование... CPU, GPU, FPGA, чипы памяти, чипы распознавания отпечатков пальцев, чипы CIS камер, радиочастотные чипы... Различные звенья, различные типы, можно сказать, не могут быть решены одной страной.
Разработка, проектирование и производство кремниевых чипов также не были продвинуты одной страной, США, это было завершено силами почти всего западного лагеря.
Например, распределенный брэгговский отражатель из Германии, монокристаллический кремний высокой чистоты из Японии или система экстремального ультрафиолетового излучения из США...
Без преувеличения, процесс производства крошечного чипа затрагивает почти полную промышленную систему.
И подавляющее большинство деталей - самые передовые.
Поэтому, какими бы мощными ни были возможности исследований и разработок Исследовательского института "Синхай", нет полной производственной цепочки, способной самостоятельно производить чипы.
Поэтому в исследованиях и последующей разработке углеродных чипов поиск партнеров является обязательным.
А в области исследований чипов в стране есть только несколько компаний, имеющих квалификацию и возможности, и для последующего совместного исследования и разработки, кого выбрать?
В голове пронеслись отечественные производители чипов, и Сюй Чуань принял решение довольно быстро.
В конце концов, подходящих производителей на самом деле не так много.
Конечно, прежде чем искать партнеров по сотрудничеству, ему нужно решить проблемы изготовления углеродных чипов, по крайней мере, некоторые основные проблемы производства, такие как массовое полное упорядочение кристаллов углеродных нанотрубок, стабильное превращение углеродных полупроводников и так далее.
Только решив эти проблемы, можно надеяться на создание настоящих углеродных чипов.
Причины образования кратера Яочи на обратной стороне Луны в настоящее время исследуются.
Но до этого им есть чем заняться.
С одной стороны, в Институте информации суперкомпьютерный центр выделил достаточно вычислительных ресурсов и анализирует "кристалл Яочи" с помощью различных экспериментальных данных.
Для современного материаловедения основным методом разработки новых материалов по-прежнему является "научная интуиция" исследователя, накопленный "экспериментальный опыт" и большое количество повторяющихся экспериментов "методом проб и ошибок", чтобы найти осуществимый метод, используя ограниченные условия.
Однако в его случае этот традиционный подход можно сначала смоделировать с помощью специально созданной модели расчета химических материалов, что позволяет сэкономить много экспериментальной работы благодаря суперкомпьютерному центру.
Конечно, хотя математический метод может уменьшить объем экспериментальной работы, эксперимент по-прежнему необходим.
В конце концов, какой бы мощной ни была теория, ее нужно проверять экспериментально.
И в суперкомпьютерном центре Института информации вычислительный анализ этого специального материала, кристалла Яочи, ведется уже два дня.
Если не произойдет ничего неожиданного, сегодня можно будет завершить последнюю партию аналитической работы.
С другой стороны, в исследовании кристалла Яочи Сюй Чуань уже начал первую партию экспериментов по воспроизведению материала.
В основной лаборатории Института материалов Сюй Чуань, одетый в белый халат, перчатки и защитные очки, помещал экспериментальную посуду в трубчатую печь CVD.
Кристалл Яочи, то есть лунная порода, собранная с ударной стенки кратера "Яочи" на обратной стороне Луны.
Это название, данное Сюй Чуанем, после анализа с помощью различных научных приборов, таких как просвечивающий электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп, рамановский спектрометр и т. д., уже выяснены его состав и структура.
То, что он делает сейчас, - это попытка воспроизведения.
То, что углеродные нанотрубки могут стабильно расти на подложке кристалла Яочи, означает многое.
То есть материал подложки можно использовать, по крайней мере, одно из веществ в нем можно использовать в качестве подложки для углеродных чипов.
Проще говоря, это похоже на кремниевую подложку кремниевых чипов, на которой могут расти транзисторы и на которой можно вытравливать рисунок, чтобы сформировать интегральную схему.
А углеродные чипы, естественно, также не могут обойтись без такой подложки.
Просто на данный момент соответствующие исследования существуют только в некоторых лабораториях.
Это сверхсложная работа по разработке, которую не так-то просто решить.
Включая текущий эксперимент по воспроизведению, проводимый Сюй Чуанем, это всего лишь ручное разложение материала подложки на кристалле Яочи, а затем использование трубчатой печи CVD для осаждения углеродных нанотрубок из газовой фазы.
Что касается того, обладает ли выращенный материал полупроводниковыми свойствами, это не очень важно для текущего исследования.
Природные минералы в подавляющем большинстве случаев уступают искусственно выплавленным.
Поэтому этот эксперимент - всего лишь попытка воспроизвести исходный материал кристалла Яочи, чтобы посмотреть, можно ли искусственно добиться полного и упорядоченного расположения углеродных нанотрубок на подложке.
Это самое главное.
Пока Сюй Чуань занимался своими исследованиями, дверь лаборатории распахнулась.
Директор Института материалов Чжао Гуангуй вошел быстрыми шагами, держа в руках толстую стопку документов.
"Академик Сюй, полные данные моделирования молекулярной динамики готовы."
"Подождите немного, я закончу с этими углеродными нанотрубками."
Услышав доклад Чжао Гуангуя, Сюй Чуань, не поднимая головы, методично обработал материалы в руках, и только после того, как окончательно поместил их в трубчатую печь CVD, отрегулировал параметры и запустил оборудование, чтобы начать эксперимент, он снял перчатки и защитные очки.
Рядом Чжао Гуангуй быстро передал данные моделирования молекулярной динамики и одновременно кратко сказал.
"Судя по результатам моделирования молекулярной динамики, углеродные нанотрубки в кристалле Яочи образовались при температуре не менее трехсот градусов Цельсия, в бескислородной среде и под высоким давлением."
"Сульфид?" Услышав это, Сюй Чуань удивился, он предполагал различные возможности, и предполагал, что в кристалле Яочи есть ключевой материал, играющий каталитическую роль, но он действительно не думал о сульфиде.
Потому что в материаловедении сульфид и углерод при определенных условиях довольно легко вступают в реакцию.
Особенно в условиях высоких температур, углерод и сера реагируют, образуя дисульфид углерода, что не только нарушает чистоту исходного материала углеродных нанотрубок, но и вызывает серьезные помехи, поскольку дисульфид углерода является жидкостью и обладает сильной текучестью при высоких температурах.
Чжао Гуангуй кивнул и сказал: "Да, суперкомпьютер, проведя обратное моделирование молекулярной динамики кристалла Яочи, обнаружил, что кристалл Яочи, возможно, при извержении вулкана на Луне, первоначально мог быть в жидком состоянии."
"Во время течения, под совместным руководством дисульфида углерода и некоего сульфида внутри, в бескислородной среде и под высоким давлением, углеродные нанотрубки могут быть направлены и упорядочены, а затем осаждены на подложке из минералов группы плагиоклаза, тем самым создавая упорядоченный массив углеродных нанотрубок."
Слушая доклад Чжао Гуангуя, Сюй Чуань просматривал данные моделирования в руках.
Судя по данным обратного моделирования молекулярной динамики кристалла Яочи с использованием суперкомпьютерного центра и модели расчета химических материалов, сульфид действительно, скорее всего, является ключевым катализатором, способствующим стабильному, упорядоченному и аккуратному расположению углеродных нанотрубок на подложке из минералов группы плагиоклаза.
Просто этот катализатор немного противоречит научной интуиции.
Нахмурив брови, Сюй Чуань пристально смотрел на обратное моделирование молекулярной динамики, в его глазах читалась задумчивость.
Эти данные расчета материалов действительно были направлением, о котором он никогда не думал.
Если это верно, то это означает, что все различные эксперименты по воспроизведению, которые он проводил в лаборатории в последние дни, были ошибочными с самого начала.
Конечно, Сюй Чуань не боялся ошибиться, главное - найти причину и исправить ее.
Перелистывая данные в руках, он остановил взгляд на смоделированной "диаграмме фазового состава материала" кристалла Яочи, глядя на эти данные с несколько знакомыми кривыми, он чувствовал какое-то необъяснимое знакомство.
"Эта диаграмма, какое-то знакомое чувство..."
Рядом Чжао Гуангуй подошел ближе, взглянул на место, которое просматривал Сюй Чуань, и тут же нашел соответствующее изображение в своем файле данных моделирования.
"Это рассчитано с помощью оценки активности и теории функционала плотности, верно?" Глядя на диаграмму перед собой, Чжао Гуангуй нахмурился и сказал.
Сюй Чуань кивнул: "Да, с моделированием не должно быть проблем, просто у меня какое-то необъяснимое чувство знакомства с этим изображением, как будто я где-то его видел."
Глядя на эту "диаграмму фазового состава материала", он напряженно искал в своей памяти.
"Сероуглеродные нанотрубки..."
Зрачки слегка расширились, и эксперименты и исследования, связанные с серой и углеродом, проносились в его голове, как кадры фильма в кинотеатре.
Но, возможно, из-за слишком большого количества проведенных исследований и экспериментов, просмотренных различных графиков данных, он не смог сразу вспомнить, где именно он видел это знакомое чувство.
Покачав головой, собравшись с мыслями, Сюй Чуань вздохнул и сказал: "Если сульфид и дисульфид углерода играли ключевую каталитическую и направляющую роль во всем процессе, то, возможно, наше предыдущее направление исследований было ошибочным."
Чжао Гуангуй нахмурился и сказал: "Углерод и сера имеют высокую схожесть по химическим свойствам, плюс их необратимая реакция при высоких температурах, мы действительно раньше не особо рассматривали этот аспект."
Как правило, катализатор ускоряет скорость химической реакции, снижая энергию активации реакции, сохраняя при этом состояние равновесия реакции неизменным, чтобы направлять химическую реакцию.
Его масса и химические свойства остаются неизменными до и после реакции, что является ключевой характеристикой катализатора.
Например, каталитическое окисление этанола.
Обычно в качестве катализатора используется медная проволока, этанол реагирует с кислородом, образуя ацетальдегид и воду.
В этом процессе медная проволока сначала реагирует с кислородом, образуя оксид меди, а затем реагирует с этанолом, образуя ацетальдегид и медь, тем самым осуществляя каталитическое окисление этанола.
Во всем процессе, хотя медная проволока участвует в реакции, ее конечная масса и сама она не изменяются.
Но сульфид в кристалле Яочи отличается.
В условиях высокой температуры и высокого давления сера и углерод образуют довольно стабильный дисульфид углерода, и физико-химические свойства дисульфида углерода довольно стабильны.
Хотя он летуч, он нелегко разлагается в обычных условиях.
То есть в кристалле Яочи эта реакция будет считаться необратимой.
Потому что и Сюй Чуань, и он, в основном, при размышлении о процессе формирования, первым делом интуитивно исключают сульфид из числа катализаторов.
Но суперкомпьютерный центр, объединенный с моделью расчета химических материалов, дал другой ответ, контринтуитивно указав, что сульфид и дисульфид углерода могут быть причиной, катализирующей упорядоченное расположение углеродных нанотрубок.
Это действительно кажется довольно невероятным.
"Может быть, это эффект пересыщения?"
Глядя на отчет о моделировании в руках, Чжао Гуангуй немного подумал и предложил одну из возможностей.
"Хм?"
Сюй Чуань посмотрел на него и тут же отреагировал: "Ты имеешь в виду пересыщенный катализ?"
Пересыщенный катализ может относиться к процессу, в котором катализатор добавляется в пересыщенный раствор для ускорения реакции кристаллизации из пересыщенного раствора.
Эта реакция происходит в растворе, содержащем избыток растворенного вещества, когда концентрация растворенного вещества превышает его концентрацию насыщения при данной температуре, происходит пересыщение.
В повседневной жизни самый простой и понятный пример - это химический эксперимент, который проводят в старших классах, приготовление пересыщенного раствора хлорида натрия.
Конечно, пересыщенный катализ и это понятие сильно отличаются.
Чжао Гуангуй кивнул и сказал: "Да, если сульфид, дисульфид углерода и углеродные нанотрубки находятся в состоянии пересыщения во время катализа, то стабильное направление избыточных углеродных нанотрубок для осаждения из газовой фазы не является невозможным."
"И хотя пересыщенный катализ в материаловедении встречается реже, он не является редкостью, например, пересыщенные многофункциональные каталитические центры Fe-N5 для долговечных литий-серных батарей."
Сюй Чуань не обратил внимания на то, что сказал Чжао Гуангуй, он, естественно, хорошо знал эти понятия, в этот момент в его голове промелькнуло только одно.
Литий-серные батареи!
Он наконец вспомнил, где он видел изображение с "диаграммой фазового состава материала", которое показалось ему знакомым!
Верно, это было во время разработки литий-серных батарей, при исследовании приготовления и электрохимических свойств композитного материала сера-многостенные углеродные нанотрубки!
Возможно, он знает, как использовать пересыщенные полисульфиды и дисульфид углерода в качестве катализатора и направляющего материала для крупномасштабного производства интегрированных транзисторов из углеродных нанотрубок.
Просто перед тем, как официально начать, ему нужно позвонить на Луну, чтобы тамошние исследователи сначала помогли ему выяснить одну ситуацию в кратере Яочи!