大國院士 第八百八十章意想不到的碳納米管高效集成方法

掛斷了電話，徐川將手中卷起來的實驗數(shù)據(jù)報告重新展開。

碳基芯片的研發(fā)評價為S級項目是完全符合標(biāo)準(zhǔn)的。

換句話來說，也就是星海研究院這邊的項目評價最高只有S級，如果上面還有SS級或SSS級的話，它同樣夠得上。

就如同學(xué)霸考一百分是因為試卷滿分就只有一百分一樣，碳基芯片對于星海研究院來說，評分是S級是因為最高就只有S級的評分。

這應(yīng)該是材料研究所那邊的第一個S級項目，在此之前，材料研究所并沒有S級項目，最高的級別是A級。

翻閱著手中的實驗數(shù)據(jù)報告，徐川陷入了沉思。

雖然說他在材料領(lǐng)域的研究還算是出色，但在芯片領(lǐng)域卻是個純外行。

因為這涉及到的領(lǐng)域?qū)嵲谑翘嗔恕?p/> 材料、設(shè)計、制造、封測、設(shè)備.CPU、GPU、FPGA、存儲芯片、指紋識別芯片、攝像頭CIS芯片、射頻芯片.各個環(huán)節(jié)，各種類型可以說不是一個國家能夠搞定的。

硅基芯片的研發(fā)設(shè)計制造，也不是米國一個國家推動的，這是集合近乎整個西方國家陣營的力量，才完善的。

比如來自日耳曼國的分布式布拉格反射器、來自櫻花國的高純度單晶硅、亦或者來自米國的極紫外光系統(tǒng)

毫不夸張的說，一枚小小的芯片的生產(chǎn)過程，涉及到近乎完整的工業(yè)化體系。

而且絕大部分的零件，還都是最頂尖的那種。

所以星海研究院的研發(fā)能力再強(qiáng)悍，也沒有完整的產(chǎn)業(yè)鏈能夠獨自將一枚芯片生產(chǎn)出來。

所以在碳基芯片的研發(fā)和后續(xù)開發(fā)上，尋找合作伙伴是必須的。

而在芯片的研究方面，國內(nèi)有資格有能力的其實就那么屈指可數(shù)的幾家，后續(xù)的合作研發(fā)，要挑選的話，找誰呢？

腦海中國內(nèi)的芯片廠商陸續(xù)劃過，并沒有用多久的時間，徐川便已經(jīng)有了決定。

畢竟合適的廠商，其實也并沒有太多的選擇。

當(dāng)然，在尋找合作廠商前，他需要解決掉碳基芯片的制備難題，至少是部分核心制造難題，比如碳納米管晶體的批量完整排序，比如碳半導(dǎo)體的穩(wěn)定轉(zhuǎn)變等等。

只有解決了這些問題，才有足夠的希望能夠做出來真正的碳基芯片。

針對月球背面瑤池環(huán)形山的形成原因正在調(diào)查探索中。

但在那之前，他們并不是沒有事情可以做。

一方面，在信息研究所那邊，超算中心已經(jīng)騰出了足夠的計算資源，正在通過各種實驗數(shù)據(jù)對‘瑤池晶’進(jìn)行分析。

對于目前的材料學(xué)界來說，當(dāng)前主流的新材料研發(fā)方法，依舊是通過研究者的“科學(xué)直覺”、以往積累的“實驗經(jīng)驗”以及大量重復(fù)的“嘗試法”實驗，利用有限的條件去發(fā)現(xiàn)一條可行的方法。

不過在他這邊，這種傳統(tǒng)的方案可以先通過針對性建立起來的化學(xué)材料計算模型來進(jìn)行模擬計算，通過超算中心節(jié)省大量的實驗工作量的。

當(dāng)然了，數(shù)學(xué)的方法雖然能縮小實驗的工作量，但實驗依舊是必不可少的。

畢竟理論再怎么厲害，也是要通過實驗進(jìn)行驗證的。

而信息研究所的超算中心這邊，針對瑤池晶這種特殊材料的計算分析已經(jīng)進(jìn)行了兩天了。

如果沒有意外的話，今天差不多就能完成最后一批的分析工作。

而另一方面，在針對瑤池晶的研究中，徐川已經(jīng)開始了第一批的材料復(fù)刻實驗。

材料研究所內(nèi)的核心實驗室中，穿著白大褂，帶著手套護(hù)目鏡全副武裝的徐川正在將手中的實驗器皿送入了CVD管式爐中。

瑤池晶，也就是從月球背面‘瑤池環(huán)形山’的沖擊壁上采集的月巖。

這是徐川命名的名字，它在各透射電鏡、掃描電子顯微鏡、拉曼光譜儀等各種科研設(shè)備的分析下，已經(jīng)摸清楚了里面的成分和結(jié)構(gòu)。

這會所做的，就是嘗試性的復(fù)制。

碳納米管能夠在瑤池晶的襯底上穩(wěn)定生長，這意味著什么不用多說。

即襯底材料能夠用來，至少其中的某一項物質(zhì)，能夠用來當(dāng)做碳基芯片的基底。

簡單的來說，就是類似于硅基芯片的基底硅片一樣，可以讓晶體管在上面生長和光蝕雕刻，進(jìn)而形成集成電路。

而碳基芯片，自然也離不開這種基底。

只不過目前來說，相關(guān)的研究只僅僅存在部分實驗室里面。

這是超高難度的研發(fā)工作，沒有那么容易解決的。

包括現(xiàn)在徐川所進(jìn)行的復(fù)刻實驗，也只是人工的將瑤池晶上的襯底材料拆解出來，然后利用CVD管式爐進(jìn)行碳納米管的氣相沉積生長。

至于生長出來的東西，是否初步具備半導(dǎo)體性質(zhì)，對于目前的研究來說并不是很重要。

天然生成的礦物，在絕大部分的情況下是不如人工冶煉的。

所以這一次的實驗，只不過是想按照瑤池晶的原有材料進(jìn)行一次復(fù)刻，看看能否人工做到將碳納米管完整有序的疊層排列在襯底上。

這才是最重要的。

就在徐川處理著手中的研究之時，實驗室的大門被人推開了。

材料研究所的所長趙光貴拿著一疊厚厚的文件快步走了進(jìn)來。

“徐院士，完整的分子動力學(xué)模擬計算數(shù)據(jù)出來了。”

“稍等一下，我處理完手上的這些碳納米管。”

聽到趙光貴的匯報，徐川頭也沒回，有條不紊的將手中的材料處理妥當(dāng)，最終送進(jìn)了CVD管式爐后，調(diào)整好參數(shù)后，設(shè)備啟動開始實驗后，他才將手套和護(hù)目鏡摘了下來。

一旁，趙光貴快速的將分子動力學(xué)模擬計算數(shù)據(jù)遞了過來，同時簡單的開口道。

“從分子動力學(xué)模擬的結(jié)果來看，瑤池晶中的碳納米管是在超過至少三百度以上的高溫、無氧、高壓的環(huán)境中形成的。”

“而在形成過程中，瑤池晶中的另一種材料，即材料內(nèi)部的硫化合物可能起到了催化的作用。”

“硫化物？”

聞言，徐川的臉上閃過了一絲驚訝，他推測過多種可能，也推測過瑤池晶中具有起到催化作用的關(guān)鍵材料，但還真沒往硫化物上面去想。

因為在材料學(xué)中，硫化物和碳在一定的條件下是比較容易發(fā)生反應(yīng)的。

尤其是在高溫條件下，碳和硫反應(yīng)會直接生成二硫化碳，這不僅會破壞原有碳納米管材料的純凈度，還會造成嚴(yán)重的干擾，因為二硫化碳是液體，在高溫下具備較強(qiáng)的流動性。

趙光貴點了點頭，道：“嗯，超算那邊通過對瑤池晶進(jìn)行分子動力學(xué)模擬計算逆推，發(fā)現(xiàn)瑤池晶有可能在月球的火山噴發(fā)下，原有初始形態(tài)可能是是液態(tài)的。”

“在經(jīng)過流動的時候，二硫化碳和內(nèi)部的某種硫化物共同引導(dǎo)下，在無氧且高壓的環(huán)境中，碳納米管可能會被引導(dǎo)排序，繼而在AbAn長石族礦物襯底上沉積，繼而構(gòu)造出整齊排序的碳納米管陣列.”

一邊聽著趙光貴的匯報，徐川一邊翻閱著手中的模擬計算數(shù)據(jù)。

從利用超算中心化學(xué)材料計算模型對瑤池晶進(jìn)行的分子動力學(xué)模擬計算逆推數(shù)據(jù)來看，硫化物還真的極有可能是促進(jìn)碳納米管穩(wěn)定有序，整齊排列在AbAn長石族礦物襯底上的關(guān)鍵催化劑。

只不過這一催化劑，有些反科研直覺了。

蹙著眉頭，徐川緊盯著分子動力學(xué)模擬計算的逆向推測，眼神中帶著思索。

這份材料計算數(shù)據(jù)的確是他從未想過的方向。

如果它才是正確的，就意味著這幾天他在實驗室中進(jìn)行的各種復(fù)刻實驗從最基礎(chǔ)就錯了。

當(dāng)然，徐川并不怕自己犯錯，只要能找到原因糾正過來就行。

翻閱中手中的數(shù)據(jù)，他的目光落到了一張瑤池晶的模擬‘材料物相表征圖’上面，盯著這種曲線有些熟悉的數(shù)據(jù)，他總感覺有些莫名的熟悉。

“這種圖，有些熟悉的感覺”

一旁，趙光貴湊了過來，看了一眼徐川翻閱的位置，隨即在自己手上的模擬計算數(shù)據(jù)文件上找到了對應(yīng)的圖片。

“這是通過活性評價和密度泛函理論計算模擬推算出來的吧？”看著眼前的圖表，趙光貴皺著眉頭開口道。

徐川點了點頭：“嗯，模擬圖應(yīng)該沒什么問題，只不過我對這幅圖像有些莫名的熟悉感，像是在哪里見過一樣。”

盯著這張‘材料物相表征圖’，他在腦海中努力的搜索著。

“硫碳納米管”

瞳孔帶著些許的擴(kuò)散，和硫與碳相關(guān)的實驗與研究如同電影院中的放映片一樣，一副副的畫面在腦海中閃過。

但可能是做過的研究和實驗，看過的各種數(shù)據(jù)圖表太多了，一時半會的，他也沒能回憶起這份熟悉感到底是在哪里見過。

搖了搖頭，收回了思緒，徐川長舒了口氣，道：“如果是硫化物和二硫化碳在整個過程中起到了關(guān)鍵的催化和引導(dǎo)作用的話，那我們之前的研究方向可能都錯了。”

趙光貴皺著眉頭，道：“碳和硫在化學(xué)性質(zhì)上具備較高的相似性，再加上兩者在高溫下的不可逆反應(yīng)，我們的確在之前沒怎么考慮過這方面的東西。”

一般來說，催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加速化學(xué)反應(yīng)的速率，同時保持反應(yīng)的平衡狀態(tài)不變來引導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的。

其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變，這是催化劑的一個關(guān)鍵特性。

比如乙醇的催化氧化。

一般會使用銅絲作為催化劑，乙醇與氧氣反應(yīng)生成乙醛和水。

在這個過程中，銅絲首先與氧氣反應(yīng)生成氧化銅，然后再與乙醇反應(yīng)生成乙醛和銅，從而實現(xiàn)了乙醇的催化氧化。

在整個過程中，雖然銅絲參與了反應(yīng)，但最終的質(zhì)量和本身并沒有改變。

而瑤池晶中的硫化物不同。

在高溫高壓的環(huán)境下，硫和碳會生成比較穩(wěn)定的二硫化碳，且二硫化碳的物理化學(xué)性質(zhì)都比較穩(wěn)定。

盡管它易揮發(fā)，但不易在常規(guī)條件下分解。

也就是說，在瑤池晶中，這種反應(yīng)會被認(rèn)為是不可逆的。

因為無論是徐川也好，還是他也好，基本在思考形成過程的時候，第一直覺就會將硫化物排除在催化劑當(dāng)中。

但結(jié)合了化學(xué)材料計算模型的超算中心卻給出了不同的答案，反直覺的給出了硫化物和二硫化碳可能是引導(dǎo)碳納米管整齊有序排列的催化原因。

這的確讓人感覺到相當(dāng)?shù)牟豢伤甲h。

“會不會是過飽和效應(yīng)？”

盯著手中的模擬數(shù)據(jù)報告，趙光貴思索了一會后開口提出了一種可能性。

“嗯？”

徐川看了過去，頓時反應(yīng)了過來：“你是說過飽和催化？”

過飽和催化可能指的是在過飽和溶液中，通過加入催化劑來促進(jìn)或加速過飽和析晶反應(yīng)的過程。

這種反應(yīng)發(fā)生在含有過量溶質(zhì)的溶液中，當(dāng)溶質(zhì)濃度超過其在該溫度下的飽和濃度時，就會發(fā)生過飽和現(xiàn)象。

在日常生活中最簡單最能理解的，其實就是高中時期會做的一個化學(xué)實驗，過飽和氯化鈉溶液的制。

當(dāng)然，過飽和催化和這個概念區(qū)別還是挺大的。

趙光貴點了點頭，道：“嗯，如果說硫化物、二硫化碳以及碳納米管在催化過程中出現(xiàn)過飽和情況的話，穩(wěn)定的引導(dǎo)多余的碳納米管進(jìn)行氣相沉積也并不是不可能的事情。”

“而且過飽和催化在材料學(xué)中雖然較少，但并不罕見，比如過飽和FeN5多功能催化位點用于耐用型鋰硫電池。”

徐川沒在意趙光貴后面說的東西，這些概念他自然很清楚，這會兒他腦海中閃過的東西只有一個。

鋰硫電池！

他總算是想起來，自己在那里看到過那張‘材料物相表征圖’有熟悉感的圖片了！

沒錯，就是在鋰硫電池的研發(fā)過程中，針對硫一多壁碳納米管復(fù)合材料的制備和電化學(xué)性能研究時的發(fā)現(xiàn)！

或許，他知道該怎么通過過飽和多硫化物及二硫化碳作為催化劑與引導(dǎo)材料來大規(guī)模的制備碳納米管集成晶體管了。

只不過在正式開始之前，他還需要打個電話給月球那邊，讓那邊的科研人員先幫他去要瑤池環(huán)形山中確定一個情況！