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第20章,原子角度打造材料

    目前擺在帝國(guó)科學(xué)家面前的第一道難題,也是最大的難題,那就是制造出能夠用于曲速引擎的材料來,從原子角度去構(gòu)建材料。
    科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使得人們有可能在原子尺度上人工合成材料,例如,原子團(tuán)簇、團(tuán)簇材料、線性鏈、多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)、超薄膜等,這些材料的特征是維數(shù)低,對(duì)稱性減小,幾何特征顯著。
    但也僅僅是有可能,真是實(shí)際操作起來的時(shí)候,很難真正意義上的說從原子的角度去打造自己所需要的材料,原子的單位實(shí)在是太小了,現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)頂多就只能做到納米級(jí)別,而原子比納米還要小的多。
    首先我們要先了解下他們的大小,納米的英文為nanometer,縮寫為nano,納米是長(zhǎng)度單位的一種,1納米是1米的十億分之一,記作nm。
    1納米等于10個(gè)氫原子一個(gè)挨著一個(gè)排成一列的長(zhǎng)度!因?yàn)槊恳环N原子的直徑大小都是不一樣的,所以1納米可能等于幾十個(gè)其他元素原子的排列的長(zhǎng)度。
    20納米差不多相當(dāng)于1根頭發(fā)絲的三千分之一!
    而我們通常所說的納米技術(shù),是指在納米尺度(100納米到0.1納米)的范圍內(nèi)研究物質(zhì)所具有的特異現(xiàn)象和特異功能,通過直接操作和安排原子、分子來創(chuàng)造新物質(zhì)材料的技術(shù)!
    而納米技術(shù)的出現(xiàn)首先得益于能夠放大千萬倍的掃描隧道顯微鏡(STM)的發(fā)明,掃描隧道顯微鏡的發(fā)明使得科學(xué)家們能夠在納米角度去觀察這微觀的世界。
    從20世紀(jì)90年代初起,納米科技就得到了迅猛的發(fā)展,像納米電子學(xué),納米材料學(xué),納米機(jī)械學(xué),納米生物學(xué)等等新學(xué)科不斷涌現(xiàn),納米科技是科學(xué)家們語言的未來改變?nèi)祟悮v史的9大科學(xué)之一!
    而事實(shí)上,當(dāng)今的科學(xué)家雖然能夠通過STM技術(shù)去觀察原子層面的信息,并且對(duì)原子排列結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的影響。
    比如1990年的4月,美國(guó)IBM的兩位科學(xué)家在用STM觀測(cè)金屬鎳表面的氙原子時(shí),由探針和氙原子的運(yùn)動(dòng)受到啟示,嘗試用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬鎳上面的氙原子,將35個(gè)氙原子在鎳的表面排列出5原子高度的“IBM”的結(jié)構(gòu)!
    而中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家們也利用納米技術(shù),在石墨的表面通過搬遷碳原子的繪制出世界上最小的中國(guó)地圖,只有不到10納米的大小!
    而此后科學(xué)家們對(duì)于移動(dòng)各種原子擺出各種圖案樂此不彼,硅原子、硫原子、鐵原子,一氧化碳分子、鐵基分子……
    從這里我們就可以知道,科學(xué)家們目前能夠?qū)崿F(xiàn)的就是稍微的移動(dòng)一些原子,在物體的表面擺出各種圖案,并不能真正意義的上對(duì)原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體的打造和構(gòu)建,同時(shí)更沒辦法大規(guī)模的、快速的去在原子角度打造新材料。
    但是即便是這樣,只能很簡(jiǎn)單的移動(dòng)一些原子,在表面進(jìn)行一些原子排列的構(gòu)造,科學(xué)家們也制造出了如今各種紛繁復(fù)雜的納米材料,在銅的表面對(duì)銅原子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行人為的排列,也能讓銅的強(qiáng)度增加5倍!
    我們都知道金剛石也就是鉆石和石墨、焦炭,他們構(gòu)成的原子其實(shí)都是一樣的,那就是碳原子!但是這些材料的性質(zhì)卻相差的天差地遠(yuǎn),單單就硬度而言,金剛石是自然界最硬的材料,而石墨和焦炭的硬度就非常低了。
    而造成這種差異的原因就是碳原子的結(jié)構(gòu),金剛石的原子結(jié)構(gòu)每個(gè)碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵,構(gòu)成正四面體。由于金剛石中的C-C鍵很強(qiáng),所以金剛石硬度大,熔點(diǎn)極高;又因?yàn)樗械膬r(jià)電子都被限制在共價(jià)鍵區(qū)域,沒有自由電子,所以金剛石不導(dǎo)電。
    在石墨結(jié)構(gòu)中,同層的碳原子以sp2雜化形成共價(jià)鍵,每一個(gè)碳原子以三個(gè)共價(jià)鍵與另外三個(gè)原子相連。六個(gè)碳原子在同一個(gè)平面上形成了正六連連形的環(huán),伸展成片層結(jié)構(gòu)。
    這里C-C鍵的鍵長(zhǎng)皆為142pm,這正好屬于原子晶體的鍵長(zhǎng)范圍,因此對(duì)于同一層來說,它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道,它們相互重疊。電子比較自由,相當(dāng)于金屬中的自由電子,所以石墨能導(dǎo)熱和導(dǎo)電,這正是金屬晶體特征。
    簡(jiǎn)單通俗易懂的來說就是金剛石的碳原子結(jié)構(gòu)是立體的,所有的碳原子互相直接構(gòu)成正四面體,是立體形式的結(jié)構(gòu)!
    石墨的結(jié)構(gòu)是碳原子在同一平面上形成正6邊形的環(huán),形成片層的結(jié)構(gòu),也就是一層層的碳原子,但層與層之間的碳原子之間是沒有連接的,這是平面式的結(jié)構(gòu)!
    一個(gè)立體正四面體結(jié)構(gòu),一個(gè)平面正六邊形結(jié)構(gòu),造成了金剛石和石墨兩者之間的材料性質(zhì)天差地遠(yuǎn),其價(jià)值也是云泥之別!金剛石的售價(jià)是按克拉來計(jì)算,石墨的價(jià)格是按噸來計(jì)算,價(jià)值相差何止億萬倍!
    帝國(guó)想要研究出用于曲速引擎使用的材料,就是要從原子立體的角度去構(gòu)建材料,化腐朽為神奇!比如將鐵的原子角度也像金剛石一樣,變成正四面體的立體結(jié)構(gòu),那么會(huì)得出什么樣的材料?
    負(fù)責(zé)研究材料的是帝國(guó)材料科學(xué)院的首席科學(xué)家,清泉科技時(shí)代材料科學(xué)院的負(fù)責(zé)人,莫青冥!
    此時(shí)的莫青冥也已經(jīng)有50多歲,因?yàn)槌D晷逕捲Φ脑颍?0出頭的他此時(shí)看起來還非常的年輕,和20多歲沒有任何的區(qū)別,但是到了他這個(gè)年紀(jì)的科學(xué)家,如果按照地球上的標(biāo)準(zhǔn)來說,正是科學(xué)家一生中最巔峰的時(shí)刻!
    沒有修煉元力之前,一人的平均壽命是80歲左右,前面的30年基本上都是在學(xué)習(xí)的階段,接著還要花十多年的時(shí)候在科學(xué)的道路上進(jìn)行摸索、積累,到40多歲接近50歲左右的年齡才是最巔峰的階段。
    有經(jīng)驗(yàn)、有積累、有基礎(chǔ),人的精力也還能非常充沛,大腦思維敏捷活躍,身體好,能夠長(zhǎng)期作戰(zhàn),而一旦過了這個(gè)年齡階段,不管是身體也好、大腦也好,都會(huì)出現(xiàn)大幅度的滑坡,那個(gè)時(shí)候科學(xué)家的價(jià)值就大大的縮水了!
    這也是為什么現(xiàn)在有很多人吐槽楊振寧的原因,國(guó)家培養(yǎng)了你前面的幾十年,你倒好在最輝煌、最有作用的年齡階段替美國(guó)人工作了幾十年,等到老了,大腦思維、身體都不行了,又跑回來各種混!
    帝國(guó)的科學(xué)家們,早在清泉科技時(shí)期就已經(jīng)普遍了元力修煉,年輕一輩的更是從小就去元力武士殿堂接受元力的修煉,所以一個(gè)個(gè)看似文弱書生的樣子,實(shí)際上都是元力的高手,人形的核彈!
    當(dāng)然了他們的價(jià)值比核彈要高無數(shù)倍,元力修煉,使得這些科學(xué)家們擁有漫長(zhǎng)的壽命,能夠用于科學(xué)研究的時(shí)間就大大的增長(zhǎng),同時(shí)他們的大腦經(jīng)過元力的開發(fā),更是非常恐怖,學(xué)習(xí)能力驚人,思維非常活躍!
    一方面縮短了科學(xué)學(xué)習(xí)和積累的時(shí)間,當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一個(gè)科學(xué)家需要學(xué)習(xí)的東西也越來越多;另外一方面可以大大的延長(zhǎng)科學(xué)家的黃金時(shí)期。
    沒有修煉元力的科學(xué)家也許只有短短十年的黃金期,但是修煉了元力的科學(xué)家們,他們的壽命非常漫長(zhǎng),身體非常健康,他們的黃金期可以是幾百年,上千年……
    50多歲的莫青冥此時(shí)正式人生最巔峰的時(shí)刻,此時(shí)的帶正在主持召開材料科學(xué)大會(huì),將帝國(guó)研究材料的各路大科學(xué)家全部召集過來。
    帝國(guó)是以科技立國(guó),對(duì)于科技的重視前所未有,科學(xué)家的地位也非常高,基本上的貴族都是科學(xué)家、工程師出身,政治家很少有人能夠獲得貴族的頭銜,除非是做出了一些特殊貢獻(xiàn),或者官至內(nèi)閣大臣的級(jí)別,否則想要獲得貴族的頭銜,最好的方法就是去當(dāng)科學(xué)家、工程師!
    材料學(xué)科是一門非常重要的科學(xué)分支,選擇這一門的人非常多,帝國(guó)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,也涌現(xiàn)了一大批的天才科學(xué)家,其中材料學(xué)科的科學(xué)家也非常多,其中不乏年紀(jì)輕輕就已經(jīng)是3級(jí)科學(xué)家的天才人物。
    莫青冥看著下面眾多的年輕面孔,額,當(dāng)然了很多老人因?yàn)樾逕捲Γ雌鹆艘卜浅D贻p,內(nèi)心忍不住感嘆:“這尼瑪,這些年輕人也太牛了吧,自己的位置都在抖動(dòng),再不努力研究出制造曲速引擎的材料來,都沒人跟那群老家伙混了!”
    下面眾多的年輕面孔自然是不知道臺(tái)上的莫大科學(xué)家此時(shí)的想法,都在靜靜的等待他發(fā)表講話,材料領(lǐng)域這一塊,莫青冥是當(dāng)之無愧的巨擘,在座的可以說都是他和原先清泉科技材料學(xué)院的科學(xué)家?guī)С鰜淼摹?br/>     “廢話不多說,帝國(guó)想要進(jìn)軍宇宙大海,少不了曲速引擎,而曲速引擎目前最大的難題就是材料問題,這就是我們大顯智慧的時(shí)刻了!”
    PS:第二章送到,各種求,打滾求~(未完待續(xù)。)</br>

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