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第298章 废寝忘食的攻关!“物质重构”的新思路!(1 / 2)

当秦风带着“国际青年科学家先锋论坛”的无上荣耀和全世界的瞩目返回燕京大学时,迎接他的不仅仅是吴国栋校长那张笑成菊花的老脸和全校师生山呼海啸般的崇拜,更有摆在“秦风超导实验室”面前,那如同两座巍峨巨山般的严峻挑战——材料稳定性与量产性难题。

“各位,庆功宴的香槟味儿还没散干净,咱们就得立刻从云端回到地面,啃硬骨头了!”

实验室的核心会议室内,秦风站在巨大的智能触控白板前,神情一如既往的平静,但眼神中却燃烧着比以往更加炽热的火焰。他的身后,李振华教授,以及钱学海、李晓东、孙月华等一众被他从全国“搜刮”来的青年才俊,此刻都正襟危坐,脸上写满了专注与期待。

“‘燕京一号’的性能,OCQE模型的理论,这些都只是万里长征的第一步。如果我们的超导体,只能躺在实验室的液氮罐里,或者在特定的、如同伺候祖宗一样的环境下才能保持性能,那它永远都只是一个昂贵的‘玩具’,而不是能够改变世界的‘工具’!”

秦风的语气斩钉截铁,每一个字都像锤子般敲在众人的心头。

“稳定性!量产性!”他在白板上重重写下这四个大字,红色的马克笔几乎要划破屏幕,“这两个问题,就是我们接下来一段时间,不,是未来相当长一段时间内,压倒一切的战略核心!不惜一切代价,必须攻克!”

会议室内的气氛,瞬间变得有些凝重。

在场的都是各个领域的顶尖人才,他们深知这两个问题的分量。有机复合材料的稳定性,本就是世界性难题;而一种全新材料的低成本、大规模量产,更是涉及到从基础化学、材料工程到精密制造等一系列复杂环节的系统性工程。

“秦头儿,您说得对!”实验狂人李晓东第一个打破沉默,他那头标志性的鸡窝乱发因为几天没好好打理,显得更加不羁,“最近我们对早期制备的一批‘燕京一号’样品进行了加速老化测试,发现在模拟的日照、高湿、以及轻微臭氧环境下,其超导转变温度和临界电流密度,都出现了肉眼可见的衰减。虽然我们尝试了用惰性气体保护、表面覆膜等常规方法,但效果……都不太理想。”

负责材料表征的孙月华博士也紧锁眉头,补充道:“我们用高分辨电镜和X射线衍射分析了老化后的样品,发现其内部的有机长链分子,似乎发生了一些不可逆的构象变化,甚至出现了部分链段的断裂和氧化。这直接破坏了OCQE模型中描述的那种精密的拓扑序和准一维电子通道,导致超导性能下降。”

理论组的钱学海博士后推了推厚厚的眼镜,沉声道:“有机材料的固有缺陷就在于其分子间作用力较弱,容易受到外界环境的扰动。而且,‘燕京一号’的超导性能,高度依赖于其独特的、由特定微生物发酵产生的复杂手性有机分子骨架。这种手性结构一旦被破坏,或者发生消旋,其超导性能恐怕会大打折扣。”

众人的发言,如同在平静的湖面投下了一颗颗石子,将问题的严峻性清晰地展现在了每个人面前。

李振华教授看着自己的得意弟子,以及这群朝气蓬勃的年轻人,心中既有担忧,更有期待。他知道,秦风绝不是一个会被困难吓倒的人。

果然,秦风听完众人的汇报,脸上非但没有丝毫沮丧,反而嘴角勾起一抹自信的弧度。

“各位的分析都非常到位。困难确实存在,而且比我们想象的还要复杂。但是,”他的目光扫过在场的每一个人,声音中充满了不容置疑的坚定,“正是因为困难,才更值得我们去挑战,不是吗?如果室温超导的稳定性和量产性那么容易解决,那这项技术早就改变世界了,也轮不到我们在这里‘指点江山’了。”

他顿了顿,眼中闪过一丝莫名的神采,那是只有他自己才能理解的,源自学神系统的底气。

“关于材料的稳定性,”秦风缓缓开口,抛出了一个让所有人都精神一振的新思路,“我最近在思考一个问题。既然‘燕京一号’的超导性能,高度依赖于其精密的微观结构和特定的手性特征,那么,我们是否可以从更根本的层面,也就是原子和分子的尺度,去‘重构’和‘优化’这种结构,使其本身就具备更强的抵抗外界环境扰动的能力?”

“原子和分子尺度上的‘重构’和‘优化’?”钱学海博士后闻言,眼神一亮,“秦研究员,您的意思是……通过某种方法,改变有机分子链的键合方式,或者引入一些具有特殊功能的官能团,来增强其结构的刚性和化学惰性?”

“可以这么理解,但又不完全是。”秦风微微一笑,他知道,“物质重构原理(初级)”这种近乎“玄学”的能力,很难用现有的科学语言去完美解释。他只能尽量用团队成员能够理解的方式去引导。

“我的想法是,”秦风的指尖在空气中轻轻划过,仿佛在勾勒着无形的分子结构,“我们不仅仅是在现有的分子结构上‘打补丁’,比如表面修饰、添加稳定剂等等。我希望,我们能够尝试从‘第一性原理’出发,利用我对物质微观相互作用的一些……嗯,特殊理解,去设计和构建一种全新的、在保持原有超导核心骨架不变的前提下,其分子链本身就具有更强韧性、更低能量态、以及对特定环境因素(如氧气、水汽、紫外线)‘免疫’的‘升级版燕京一号’!”

“嘶——!”

会议室内响起一片倒吸凉气的声音。

从“第一性原理”出发,设计全新的、具有特定功能的有机大分子结构?这……这简直是上帝才能做到的事情吧!

李晓东张大了嘴巴,结结巴巴地说道:“秦……秦头儿,您……您没开玩笑吧?这……这难度也太逆天了!我们现在连‘燕京一号’里面那些复杂有机分子的精确结构都还没完全解析清楚呢,就要去从头设计‘升级版’了?”

孙月华也觉得有些不可思议:“秦研究员,这种从头设计功能分子的工作,通常需要极其强大的计算化学能力和海量的实验试错。而且,有机分子的构象空间太大了,我们怎么知道哪种结构才是最优的?”

就连一向对秦风的理论推崇备至的钱学海,此刻也面露难色:“秦研究员,您的思路非常……具有前瞻性。但是,以我们目前的理论计算能力,想要精确预测一个全新复杂有机大分子的所有物理化学性质,并指导其合成,恐怕……非常困难。”

秦风看着众人脸上那既震惊又带着几分怀疑的表情,心中暗自一笑。他知道,不拿出点“真东西”,是很难说服这些心高气傲的天才们的。

“困难,是肯定的。”秦风的语气依旧平静,却带着一种不容置疑的自信,“但是,并非不可能。”

他走到智能白板前,调出了一个极其复杂的分子结构模型,正是“燕京一号”核心有机分子的简化版。

“大家看这里,”秦风的激光笔指向分子链上的几个特定位置,“根据“物质重构原理”……呃,我是说,根据我对分子间相互作用势和电子云密度分布的分析,我发现,这些位置的化学键,相对比较薄弱,容易在外界能量的激发下发生断裂或重排。同时,这些区域的π电子云,也比较容易受到亲电试剂(如氧气)的攻击。”

他一边说,一边在白板上飞快地勾勒出一些全新的化学结构片段。

“我的初步设想是,我们可以尝试在这些‘薄弱环节’,引入一些具有强吸电子效应和空间位阻效应的官能团,比如三氟甲基、叔丁基等等。这些官能团,一方面可以有效降低分子链的活性,提高其化学惰性;另一方面,它们巨大的空间位阻,也能像一把‘保护伞’一样,阻止外界小分子对核心超导骨架的侵蚀。”

“同时,”秦风的思路如同天马行空,却又带着严谨的逻辑,“我们还可以考虑,在有机分子链的末端,或者一些特定的侧链上,引入一些能够形成分子内或分子间强氢键的基团,比如酰胺基、羧基等。通过这些强相互作用力,将原本相对疏松的有机分子网络,‘编织’得更加紧密和坚固,从而提高其整体的结构稳定性和机械强度。”

秦风一边说,一边在白板上飞快地进行着各种化学结构的拼接和修改,那些原本看起来毫无关联的化学片段,在他的手中,仿佛被赋予了生命一般,巧妙地组合成了全新的、看起来更加稳定和强大的分子结构。

会议室内的众人,包括李振华教授在内,都看得目瞪口呆。

他们仿佛看到的不是一个二十岁的年轻人,而是一位浸淫有机化学和材料设计领域数十年的宗师级人物!

那种对分子结构信手拈来的掌控力,那种对化学反应天马行空的想象力,那种对物理性质精准预测的洞察力……

简直是……妖孽!

“这……这……”钱学海博士后扶了扶眼镜,镜片后的眼睛瞪得溜圆,他感觉自己的大脑都快不够用了,“秦研究员,您……您这些想法……简直是……是神来之笔啊!通过引入强吸电子基团来钝化活性位点,利用空间位阻效应进行物理屏蔽,再通过分子内和分子间氢键网络来增强整体结构的稳定性……这……这简直是一套组合拳啊!理论上……完全可行!”

李晓东也激动得满脸通红:“秦头儿!您这脑子到底是怎么长的?!我……我感觉我以前学的有机化学,都学到狗肚子里去了!您这随便勾勒几笔,就比我们辛辛苦苦查阅几百篇文献,做上千次实验筛选出来的方案,还要高明得多啊!”

孙月华更是两眼放光,看着秦风的眼神,充满了毫不掩饰的崇拜:“秦研究员,如果……如果真的能按照您的思路,设计并合成出这种‘升级版’的‘燕京一号’,那它的稳定性,绝对会有一个质的飞跃!甚至……甚至可能达到或超过许多无机材料的水平!”

秦风微微一笑:“理论上的可行性,还需要实验来验证。晓东,月华,接下来,‘材料稳定性攻关小组’的任务,就是按照我刚才提出的几个方向,去设计和尝试合成这些新的有机分子。相关的起始原料和反应条件,我会给你们一个详细的清单。”

“是!秦头儿!保证完成任务!”李晓东和孙月华齐声应道,声音中充满了昂扬的斗志。

“至于量产性的问题,”秦风的目光转向了负责工艺优化的几位研究员,“这同样是一个系统工程。我们需要从原料的低成本获取、反应步骤的简化与合并、催化剂的高效筛选与回收、以及最终产物的规模化分离与纯化等多个方面入手,进行全方位的优化。”

“我初步的想法是,”秦风继续说道,“我们可以尝试利用‘理论极限推演’的能力,结合计算流体力学(CFD)和反应动力学模拟,来优化我们的反应釜设计和工艺参数。比如,通过模拟不同搅拌速率、不同温度梯度、不同反应物浓度对产率和产品纯度的影响,找到最佳的工艺窗口。同时,我们也要重点关注催化剂的研发。一种高效、稳定、易回收的催化剂,对于降低生产成本、提高生产效率,至关重要。”

“理论极限推演?”一位负责工艺模拟的年轻博士有些疑惑地问道,“秦研究员,您说的这个……是我们实验室超算集群上新装的那个……那个叫‘崑仑神算’的模拟软件吗?我听说那个软件的算法非常……非常超前,很多参数我们都还不太理解。”

秦风心中一动,知道这是系统给他打的“掩护”。他点了点头:“是的,就是那个软件。它的核心算法,确实比较复杂,涉及到一些……嗯,更高维度的数学模型。不过没关系,我会把关键的输入参数和目标函数告诉你们,你们只需要负责运行和分析结果就可以了。”