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第20章,原子角度打造材料

牛家一郎 Ctrl+D 收藏本站

????目前摆在帝国科学家面前的第一道难题,也是最大的难题,那就是制造出能够用于曲速引擎的材料来,从原子角度去构建材料。

????科学技术的发展,使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料,例如,原子团簇、团簇材料、线性链、多层异质结构、超薄膜等,这些材料的特征是维数低,对称性减小,几何特征显着。

????但也仅仅是有可能,真是实际操作起来的时候,很难真正意义上的说从原子的角度去打造自己所需要的材料,原子的单位实在是太小了,现在的科学技术顶多就只能做到纳米级别,而原子比纳米还要小的多。

????首先我们要先了解下他们的大小,纳米的英文为nanometer,缩写为nano,纳米是长度单位的一种,1纳米是1米的十亿分之一,记作nm。

????1纳米等于10个氢原子一个挨着一个排成一列的长度!因为每一种原子的直径大小都是不一样的,所以1纳米可能等于几十个其他元素原子的排列的长度。

????20纳米差不多相当于1根头发丝的三千分之一!

????而我们通常所说的纳米技术,是指在纳米尺度(100纳米到0.1纳米)的范围内研究物质所具有的特异现象和特异功能,通过直接操作和安排原子、分子来创造新物质材料的技术!

????而纳米技术的出现首先得益于能够放大千万倍的扫描隧道显微镜(STM)的发明,扫描隧道显微镜的发明使得科学家们能够在纳米角度去观察这微观的世界。

????从20世纪90年代初起,纳米科技就得到了迅猛的发展,像纳米电子学,纳米材料学,纳米机械学,纳米生物学等等新学科不断涌现,纳米科技是科学家们语言的未来改变人类历史的9大科学之一!

????而事实上,当今的科学家虽然能够通过STM技术去观察原子层面的信息,并且对原子排列结构进行一定的影响。

????比如1990年的4月,美国IBM的两位科学家在用STM观测金属镍表面的氙原子时,由探针和氙原子的运动受到启示,尝试用STM针尖移动吸附在金属镍上面的氙原子,将35个氙原子在镍的表面排列出5原子高度的“IBM”的结构!

????而中国科学院的科学家们也利用纳米技术,在石墨的表面通过搬迁碳原子的绘制出世界上最小的中国地图,只有不到10纳米的大小!

????而此后科学家们对于移动各种原子摆出各种图案乐此不彼,硅原子、硫原子、铁原子,一氧化碳分子、铁基分子……

????从这里我们就可以知道,科学家们目前能够实现的就是稍微的移动一些原子,在物体的表面摆出各种图案,并不能真正意义的上对原子结构进行立体的打造和构建,同时更没办法大规模的、快速的去在原子角度打造新材料。

????但是即便是这样,只能很简单的移动一些原子,在表面进行一些原子排列的构造,科学家们也制造出了如今各种纷繁复杂的纳米材料,在铜的表面对铜原子的结构进行人为的排列,也能让铜的强度增加5倍!

????我们都知道金刚石也就是钻石和石墨、焦炭,他们构成的原子其实都是一样的,那就是碳原子!但是这些材料的性质却相差的天差地远,单单就硬度而言,金刚石是自然界最硬的材料,而石墨和焦炭的硬度就非常低了。

????而造成这种差异的原因就是碳原子的结构,金刚石的原子结构每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强,所以金刚石硬度大,熔点极高;又因为所有的价电子都被限制在共价键区域,没有自由电子,所以金刚石不导电。

????在石墨结构中,同层的碳原子以sp2杂化形成共价键,每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环,伸展成片层结构。

????这里C-C键的键长皆为142pm,这正好属于原子晶体的键长范围,因此对于同一层来说,它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道,它们相互重叠。电子比较自由,相当于金属中的自由电子,所以石墨能导热和导电,这正是金属晶体特征。

????简单通俗易懂的来说就是金刚石的碳原子结构是立体的,所有的碳原子互相直接构成正四面体,是立体形式的结构!

????石墨的结构是碳原子在同一平面上形成正6边形的环,形成片层的结构,也就是一层层的碳原子,但层与层之间的碳原子之间是没有连接的,这是平面式的结构!

????一个立体正四面体结构,一个平面正六边形结构,造成了金刚石和石墨两者之间的材料性质天差地远,其价值也是云泥之别!金刚石的售价是按克拉来计算,石墨的价格是按吨来计算,价值相差何止亿万倍!

????帝国想要研究出用于曲速引擎使用的材料,就是要从原子立体的角度去构建材料,化腐朽为神奇!比如将铁的原子角度也像金刚石一样,变成正四面体的立体结构,那么会得出什么样的材料?

????负责研究材料的是帝国材料科学院的首席科学家,清泉科技时代材料科学院的负责人,莫青冥!

????此时的莫青冥也已经有50多岁,因为常年修炼元力的原因,50出头的他此时看起来还非常的年轻,和20多岁没有任何的区别,但是到了他这个年纪的科学家,如果按照地球上的标准来说,正是科学家一生中最巅峰的时刻!

????没有修炼元力之前,一人的平均寿命是80岁左右,前面的30年基本上都是在学习的阶段,接着还要花十多年的时候在科学的道路上进行摸索、积累,到40多岁接近50岁左右的年龄才是最巅峰的阶段。

????有经验、有积累、有基础,人的精力也还能非常充沛,大脑思维敏捷活跃,身体好,能够长期作战,而一旦过了这个年龄阶段,不管是身体也好、大脑也好,都会出现大幅度的滑坡,那个时候科学家的价值就大大的缩水了!

????这也是为什么现在有很多人吐槽杨振宁的原因,国家培养了你前面的几十年,你倒好在最辉煌、最有作用的年龄阶段替美国人工作了几十年,等到老了,大脑思维、身体都不行了,又跑回来各种混!

????帝国的科学家们,早在清泉科技时期就已经普遍了元力修炼,年轻一辈的更是从小就去元力武士殿堂接受元力的修炼,所以一个个看似文弱书生的样子,实际上都是元力的高手,人形的核弹!

????当然了他们的价值比核弹要高无数倍,元力修炼,使得这些科学家们拥有漫长的寿命,能够用于科学研究的时间就大大的增长,同时他们的大脑经过元力的开发,更是非常恐怖,学习能力惊人,思维非常活跃!

????一方面缩短了科学学习和积累的时间,当然随着科学技术的发展,一个科学家需要学习的东西也越来越多;另外一方面可以大大的延长科学家的黄金时期。

????没有修炼元力的科学家也许只有短短十年的黄金期,但是修炼了元力的科学家们,他们的寿命非常漫长,身体非常健康,他们的黄金期可以是几百年,上千年……

????50多岁的莫青冥此时正式人生最巅峰的时刻,此时的带正在主持召开材料科学大会,将帝国研究材料的各路大科学家全部召集过来。

????帝国是以科技立国,对于科技的重视前所未有,科学家的地位也非常高,基本上的贵族都是科学家、工程师出身,政治家很少有人能够获得贵族的头衔,除非是做出了一些特殊贡献,或者官至内阁大臣的级别,否则想要获得贵族的头衔,最好的方法就是去当科学家、工程师!

????材料学科是一门非常重要的科学分支,选择这一门的人非常多,帝国经过几十年的发展,也涌现了一大批的天才科学家,其中材料学科的科学家也非常多,其中不乏年纪轻轻就已经是3级科学家的天才人物。

????莫青冥看着下面众多的年轻面孔,额,当然了很多老人因为修炼元力,看起了也非常年轻,内心忍不住感叹:“这尼玛,这些年轻人也太牛了吧,自己的位置都在抖动,再不努力研究出制造曲速引擎的材料来,都没人跟那群老家伙混了!”

????下面众多的年轻面孔自然是不知道台上的莫大科学家此时的想法,都在静静的等待他发表讲话,材料领域这一块,莫青冥是当之无愧的巨擘,在座的可以说都是他和原先清泉科技材料学院的科学家带出来的。

????“废话不多说,帝国想要进军宇宙大海,少不了曲速引擎,而曲速引擎目前最大的难题就是材料问题,这就是我们大显智慧的时刻了!”

????PS:第二章送到,各种求,打滚求~(未完待续。)