第八百八十章：意想不到的碳纳米管高效集成方法
小说：大国院士作者：少一尾的九尾猫字数：4943更新时间 : 2024-08-19 01:08:14
挂断了电话，徐川将手中卷起来的实验数据报告重新展开。
碳基芯片的研发评价为S级项目是完全符合标准的。
换句话来说，也就是星海研究院这边的项目评价最高只有S级，如果上面还有SS级或SSS级的话，它同样够得上。
就如同学霸考一百分是因为试卷满分就只有一百分一样，碳基芯片对于星海研究院来说，评分是S级是因为最高就只有S级的评分。
这应该是材料研究所那边的第一个S级项目，在此之前，材料研究所并没有S级项目，最高的级别是A级。
翻阅着手中的实验数据报告，徐川陷入了沉思。
虽然说他在材料领域的研究还算是出色，但在芯片领域却是个纯外行。
因为这涉及到的领域实在是太多了。
材料、设计、制造、封测、设备.CPU、GPU、FPGA、存储芯片、指纹识别芯片、摄像头CIS芯片、射频芯片.各个环节，各种类型可以说不是一个国家能够搞定的。
硅基芯片的研发设计制造，也不是米国一个国家推动的，这是集合近乎整个西方国家阵营的力量，才完善的。
比如来自日耳曼国的分布式布拉格反射器、来自樱花国的高纯度单晶硅、亦或者来自米国的极紫外光系统
毫不夸张的说，一枚小小的芯片的生产过程，涉及到近乎完整的工业化体系。
而且绝大部分的零件，还都是最顶尖的那种。
所以星海研究院的研发能力再强悍，也没有完整的产业链能够独自将一枚芯片生产出来。
所以在碳基芯片的研发和后续开发上，寻找合作伙伴是必须的。
而在芯片的研究方面，国内有资格有能力的其实就那么屈指可数的几家，后续的合作研发，要挑选的话，找谁呢？
脑海中国内的芯片厂商陆续划过，并没有用多久的时间，徐川便已经有了决定。
毕竟合适的厂商，其实也并没有太多的选择。
当然，在寻找合作厂商前，他需要解决掉碳基芯片的制备难题，至少是部分核心制造难题，比如碳纳米管晶体的批量完整排序，比如碳半导体的稳定转变等等。
只有解决了这些问题，才有足够的希望能够做出来真正的碳基芯片。
针对月球背面瑶池环形山的形成原因正在调查探索中。
但在那之前，他们并不是没有事情可以做。
一方面，在信息研究所那边，超算中心已经腾出了足够的计算资源，正在通过各种实验数据对‘瑶池晶’进行分析。
对于目前的材料学界来说，当前主流的新材料研发方法，依旧是通过研究者的“科学直觉”、以往积累的“实验经验”以及大量重复的“尝试法”实验，利用有限的条件去发现一条可行的方法。
不过在他这边，这种传统的方案可以先通过针对性建立起来的化学材料计算模型来进行模拟计算，通过超算中心节省大量的实验工作量的。
当然了，数学的方法虽然能缩小实验的工作量，但实验依旧是必不可少的。
毕竟理论再怎么厉害，也是要通过实验进行验证的。
而信息研究所的超算中心这边，针对瑶池晶这种特殊材料的计算分析已经进行了两天了。
如果没有意外的话，今天差不多就能完成最后一批的分析工作。
而另一方面，在针对瑶池晶的研究中，徐川已经开始了第一批的材料复刻实验。
材料研究所内的核心实验室中，穿着白大褂，带着手套护目镜全副武装的徐川正在将手中的实验器皿送入了CVD管式炉中。
瑶池晶，也就是从月球背面‘瑶池环形山’的冲击壁上采集的月岩。
这是徐川命名的名字，它在各透射电镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等各种科研设备的分析下，已经摸清楚了里面的成分和结构。
这会所做的，就是尝试性的复制。
碳纳米管能够在瑶池晶的衬底上稳定生长，这意味着什么不用多说。
即衬底材料能够用来，至少其中的某一项物质，能够用来当做碳基芯片的基底。
简单的来说，就是类似于硅基芯片的基底硅片一样，可以让晶体管在上面生长和光蚀雕刻，进而形成集成电路。
而碳基芯片，自然也离不开这种基底。
只不过目前来说，相关的研究只仅仅存在部分实验室里面。
这是超高难度的研发工作，没有那么容易解决的。
包括现在徐川所进行的复刻实验，也只是人工的将瑶池晶上的衬底材料拆解出来，然后利用CVD管式炉进行碳纳米管的气相沉积生长。
至于生长出来的东西，是否初步具备半导体性质，对于目前的研究来说并不是很重要。
天然生成的矿物，在绝大部分的情况下是不如人工冶炼的。
所以这一次的实验，只不过是想按照瑶池晶的原有材料进行一次复刻，看看能否人工做到将碳纳米管完整有序的叠层排列在衬底上。
这才是最重要的。
就在徐川处理着手中的研究之时，实验室的大门被人推开了。
材料研究所的所长赵光贵拿着一叠厚厚的文件快步走了进来。
“徐院士，完整的分子动力学模拟计算数据出来了。”
“稍等一下，我处理完手上的这些碳纳米管。”
听到赵光贵的汇报，徐川头也没回，有条不紊的将手中的材料处理妥当，最终送进了CVD管式炉后，调整好参数后，设备启动开始实验后，他才将手套和护目镜摘了下来。
一旁，赵光贵快速的将分子动力学模拟计算数据递了过来，同时简单的开口道。
“从分子动力学模拟的结果来看，瑶池晶中的碳纳米管是在超过至少三百度以上的高温、无氧、高压的环境中形成的。”
“而在形成过程中，瑶池晶中的另一种材料，即材料内部的硫化合物可能起到了催化的作用。”
“硫化物？”
闻言，徐川的脸上闪过了一丝惊讶，他推测过多种可能，也推测过瑶池晶中具有起到催化作用的关键材料，但还真没往硫化物上面去想。
因为在材料学中，硫化物和碳在一定的条件下是比较容易发生反应的。
尤其是在高温条件下，碳和硫反应会直接生成二硫化碳，这不仅会破坏原有碳纳米管材料的纯净度，还会造成严重的干扰，因为二硫化碳是液体，在高温下具备较强的流动性。
赵光贵点了点头，道：“嗯，超算那边通过对瑶池晶进行分子动力学模拟计算逆推，发现瑶池晶有可能在月球的火山喷发下，原有初始形态可能是是液态的。”
“在经过流动的时候，二硫化碳和内部的某种硫化物共同引导下，在无氧且高压的环境中，碳纳米管可能会被引导排序，继而在Ab-An长石族矿物衬底上沉积，继而构造出整齐排序的碳纳米管阵列.”
一边听着赵光贵的汇报，徐川一边翻阅着手中的模拟计算数据。
从利用超算中心+化学材料计算模型对瑶池晶进行的分子动力学模拟计算逆推数据来看，硫化物还真的极有可能是促进碳纳米管稳定有序，整齐排列在Ab-An长石族矿物衬底上的关键催化剂。
只不过这一催化剂，有些反科研直觉了。
蹙着眉头，徐川紧盯着分子动力学模拟计算的逆向推测，眼神中带着思索。
这份材料计算数据的确是他从未想过的方向。
如果它才是正确的，就意味着这几天他在实验室中进行的各种复刻实验从最基础就错了。
当然，徐川并不怕自己犯错，只要能找到原因纠正过来就行。
翻阅中手中的数据，他的目光落到了一张瑶池晶的模拟‘材料物相表征图’上面，盯着这种曲线有些熟悉的数据，他总感觉有些莫名的熟悉。
“这种图，有些熟悉的感觉”
一旁，赵光贵凑了过来，看了一眼徐川翻阅的位置，随即在自己手上的模拟计算数据文件上找到了对应的图片。
“这是通过活性评价和密度泛函理论计算模拟推算出来的吧？”看着眼前的图表，赵光贵皱着眉头开口道。
徐川点了点头：“嗯，模拟图应该没什么问题，只不过我对这幅图像有些莫名的熟悉感，像是在哪里见过一样。”
盯着这张‘材料物相表征图’，他在脑海中努力的搜索着。
“硫碳纳米管”
瞳孔带着些许的扩散，和硫与碳相关的实验与研究如同电影院中的放映片一样，一副副的画面在脑海中闪过。
但可能是做过的研究和实验，看过的各种数据图表太多了，一时半会的，他也没能回忆起这份熟悉感到底是在哪里见过。
摇了摇头，收回了思绪，徐川长舒了口气，道：“如果是硫化物和二硫化碳在整个过程中起到了关键的催化和引导作用的话，那我们之前的研究方向可能都错了。”
赵光贵皱着眉头，道：“碳和硫在化学性质上具备较高的相似性，再加上两者在高温下的不可逆反应，我们的确在之前没怎么考虑过这方面的东西。”
一般来说，催化剂是通过降低反应的活化能来加速化学反应的速率，同时保持反应的平衡状态不变来引导化学反应的。
其质量和化学性质在反应前后保持不变，这是催化剂的一个关键特性。
比如乙醇的催化氧化。
一般会使用铜丝作为催化剂，乙醇与氧气反应生成乙醛和水。
在这个过程中，铜丝首先与氧气反应生成氧化铜，然后再与乙醇反应生成乙醛和铜，从而实现了乙醇的催化氧化。
在整个过程中，虽然铜丝参与了反应，但最终的质量和本身并没有改变。
而瑶池晶中的硫化物不同。
在高温高压的环境下，硫和碳会生成比较稳定的二硫化碳，且二硫化碳的物理化学性质都比较稳定。
尽管它易挥发，但不易在常规条件下分解。
也就是说，在瑶池晶中，这种反应会被认为是不可逆的。
因为无论是徐川也好，还是他也好，基本在思考形成过程的时候，第一直觉就会将硫化物排除在催化剂当中。
但结合了化学材料计算模型的超算中心却给出了不同的答案，反直觉的给出了硫化物和二硫化碳可能是引导碳纳米管整齐有序排列的催化原因。
这的确让人感觉到相当的不可思议。
“会不会是过饱和效应？”
盯着手中的模拟数据报告，赵光贵思索了一会后开口提出了一种可能性。
“嗯？”
徐川看了过去，顿时反应了过来：“你是说过饱和催化？”
过饱和催化可能指的是在过饱和溶液中，通过加入催化剂来促进或加速过饱和析晶反应的过程。
这种反应发生在含有过量溶质的溶液中，当溶质浓度超过其在该温度下的饱和浓度时，就会发生过饱和现象。
在日常生活中最简单最能理解的，其实就是高中时期会做的一个化学实验，过饱和氯化钠溶液的制。
当然，过饱和催化和这个概念区别还是挺大的。
赵光贵点了点头，道：“嗯，如果说硫化物、二硫化碳以及碳纳米管在催化过程中出现过饱和情况的话，稳定的引导多余的碳纳米管进行气相沉积也并不是不可能的事情。”
“而且过饱和催化在材料学中虽然较少，但并不罕见，比如过饱和Fe-N5多功能催化位点用于耐用型锂硫电池。”
徐川没在意赵光贵后面说的东西，这些概念他自然很清楚，这会儿他脑海中闪过的东西只有一个。
锂硫电池！
他总算是想起来，自己在那里看到过那张‘材料物相表征图’有熟悉感的图片了！
没错，就是在锂硫电池的研发过程中，针对硫一多壁碳纳米管复合材料的制备和电化学性能研究时的发现！
或许，他知道该怎么通过过饱和多硫化物及二硫化碳作为催化剂与引导材料来大规模的制备碳纳米管集成晶体管了。
只不过在正式开始之前，他还需要打个电话给月球那边，让那边的科研人员先帮他去要瑶池环形山中确定一个情况！
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碳基芯片的研发评价为S级项目是完全符合标准的。
换句话来说，也就是星海研究院这边的项目评价最高只有S级，如果上面还有SS级或SSS级的话，它同样够得上。
就如同学霸考一百分是因为试卷满分就只有一百分一样，碳基芯片对于星海研究院来说，评分是S级是因为最高就只有S级的评分。
这应该是材料研究所那边的第一个S级项目，在此之前，材料研究所并没有S级项目，最高的级别是A级。
翻阅着手中的实验数据报告，徐川陷入了沉思。
虽然说他在材料领域的研究还算是出色，但在芯片领域却是个纯外行。
因为这涉及到的领域实在是太多了。
材料、设计、制造、封测、设备.CPU、GPU、FPGA、存储芯片、指纹识别芯片、摄像头CIS芯片、射频芯片.各个环节，各种类型可以说不是一个国家能够搞定的。
硅基芯片的研发设计制造，也不是米国一个国家推动的，这是集合近乎整个西方国家阵营的力量，才完善的。
比如来自日耳曼国的分布式布拉格反射器、来自樱花国的高纯度单晶硅、亦或者来自米国的极紫外光系统
毫不夸张的说，一枚小小的芯片的生产过程，涉及到近乎完整的工业化体系。
而且绝大部分的零件，还都是最顶尖的那种。
所以星海研究院的研发能力再强悍，也没有完整的产业链能够独自将一枚芯片生产出来。
所以在碳基芯片的研发和后续开发上，寻找合作伙伴是必须的。
而在芯片的研究方面，国内有资格有能力的其实就那么屈指可数的几家，后续的合作研发，要挑选的话，找谁呢？
脑海中国内的芯片厂商陆续划过，并没有用多久的时间，徐川便已经有了决定。
毕竟合适的厂商，其实也并没有太多的选择。
当然，在寻找合作厂商前，他需要解决掉碳基芯片的制备难题，至少是部分核心制造难题，比如碳纳米管晶体的批量完整排序，比如碳半导体的稳定转变等等。
只有解决了这些问题，才有足够的希望能够做出来真正的碳基芯片。
针对月球背面瑶池环形山的形成原因正在调查探索中。
但在那之前，他们并不是没有事情可以做。
一方面，在信息研究所那边，超算中心已经腾出了足够的计算资源，正在通过各种实验数据对‘瑶池晶’进行分析。
对于目前的材料学界来说，当前主流的新材料研发方法，依旧是通过研究者的“科学直觉”、以往积累的“实验经验”以及大量重复的“尝试法”实验，利用有限的条件去发现一条可行的方法。
不过在他这边，这种传统的方案可以先通过针对性建立起来的化学材料计算模型来进行模拟计算，通过超算中心节省大量的实验工作量的。
当然了，数学的方法虽然能缩小实验的工作量，但实验依旧是必不可少的。
毕竟理论再怎么厉害，也是要通过实验进行验证的。
而信息研究所的超算中心这边，针对瑶池晶这种特殊材料的计算分析已经进行了两天了。
如果没有意外的话，今天差不多就能完成最后一批的分析工作。
而另一方面，在针对瑶池晶的研究中，徐川已经开始了第一批的材料复刻实验。
材料研究所内的核心实验室中，穿着白大褂，带着手套护目镜全副武装的徐川正在将手中的实验器皿送入了CVD管式炉中。
瑶池晶，也就是从月球背面‘瑶池环形山’的冲击壁上采集的月岩。
这是徐川命名的名字，它在各透射电镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等各种科研设备的分析下，已经摸清楚了里面的成分和结构。
这会所做的，就是尝试性的复制。
碳纳米管能够在瑶池晶的衬底上稳定生长，这意味着什么不用多说。
即衬底材料能够用来，至少其中的某一项物质，能够用来当做碳基芯片的基底。
简单的来说，就是类似于硅基芯片的基底硅片一样，可以让晶体管在上面生长和光蚀雕刻，进而形成集成电路。
而碳基芯片，自然也离不开这种基底。
只不过目前来说，相关的研究只仅仅存在部分实验室里面。
这是超高难度的研发工作，没有那么容易解决的。
包括现在徐川所进行的复刻实验，也只是人工的将瑶池晶上的衬底材料拆解出来，然后利用CVD管式炉进行碳纳米管的气相沉积生长。
至于生长出来的东西，是否初步具备半导体性质，对于目前的研究来说并不是很重要。
天然生成的矿物，在绝大部分的情况下是不如人工冶炼的。
所以这一次的实验，只不过是想按照瑶池晶的原有材料进行一次复刻，看看能否人工做到将碳纳米管完整有序的叠层排列在衬底上。
这才是最重要的。
就在徐川处理着手中的研究之时，实验室的大门被人推开了。
材料研究所的所长赵光贵拿着一叠厚厚的文件快步走了进来。
“徐院士，完整的分子动力学模拟计算数据出来了。”
“稍等一下，我处理完手上的这些碳纳米管。”
听到赵光贵的汇报，徐川头也没回，有条不紊的将手中的材料处理妥当，最终送进了CVD管式炉后，调整好参数后，设备启动开始实验后，他才将手套和护目镜摘了下来。
一旁，赵光贵快速的将分子动力学模拟计算数据递了过来，同时简单的开口道。
“从分子动力学模拟的结果来看，瑶池晶中的碳纳米管是在超过至少三百度以上的高温、无氧、高压的环境中形成的。”
“而在形成过程中，瑶池晶中的另一种材料，即材料内部的硫化合物可能起到了催化的作用。”
“硫化物？”
闻言，徐川的脸上闪过了一丝惊讶，他推测过多种可能，也推测过瑶池晶中具有起到催化作用的关键材料，但还真没往硫化物上面去想。
因为在材料学中，硫化物和碳在一定的条件下是比较容易发生反应的。
尤其是在高温条件下，碳和硫反应会直接生成二硫化碳，这不仅会破坏原有碳纳米管材料的纯净度，还会造成严重的干扰，因为二硫化碳是液体，在高温下具备较强的流动性。
赵光贵点了点头，道：“嗯，超算那边通过对瑶池晶进行分子动力学模拟计算逆推，发现瑶池晶有可能在月球的火山喷发下，原有初始形态可能是是液态的。”
“在经过流动的时候，二硫化碳和内部的某种硫化物共同引导下，在无氧且高压的环境中，碳纳米管可能会被引导排序，继而在Ab-An长石族矿物衬底上沉积，继而构造出整齐排序的碳纳米管阵列.”
一边听着赵光贵的汇报，徐川一边翻阅着手中的模拟计算数据。
从利用超算中心+化学材料计算模型对瑶池晶进行的分子动力学模拟计算逆推数据来看，硫化物还真的极有可能是促进碳纳米管稳定有序，整齐排列在Ab-An长石族矿物衬底上的关键催化剂。
只不过这一催化剂，有些反科研直觉了。
蹙着眉头，徐川紧盯着分子动力学模拟计算的逆向推测，眼神中带着思索。
这份材料计算数据的确是他从未想过的方向。
如果它才是正确的，就意味着这几天他在实验室中进行的各种复刻实验从最基础就错了。
当然，徐川并不怕自己犯错，只要能找到原因纠正过来就行。
翻阅中手中的数据，他的目光落到了一张瑶池晶的模拟‘材料物相表征图’上面，盯着这种曲线有些熟悉的数据，他总感觉有些莫名的熟悉。
“这种图，有些熟悉的感觉”
一旁，赵光贵凑了过来，看了一眼徐川翻阅的位置，随即在自己手上的模拟计算数据文件上找到了对应的图片。
“这是通过活性评价和密度泛函理论计算模拟推算出来的吧？”看着眼前的图表，赵光贵皱着眉头开口道。
徐川点了点头：“嗯，模拟图应该没什么问题，只不过我对这幅图像有些莫名的熟悉感，像是在哪里见过一样。”
盯着这张‘材料物相表征图’，他在脑海中努力的搜索着。
“硫碳纳米管”
瞳孔带着些许的扩散，和硫与碳相关的实验与研究如同电影院中的放映片一样，一副副的画面在脑海中闪过。
但可能是做过的研究和实验，看过的各种数据图表太多了，一时半会的，他也没能回忆起这份熟悉感到底是在哪里见过。
摇了摇头，收回了思绪，徐川长舒了口气，道：“如果是硫化物和二硫化碳在整个过程中起到了关键的催化和引导作用的话，那我们之前的研究方向可能都错了。”
赵光贵皱着眉头，道：“碳和硫在化学性质上具备较高的相似性，再加上两者在高温下的不可逆反应，我们的确在之前没怎么考虑过这方面的东西。”
一般来说，催化剂是通过降低反应的活化能来加速化学反应的速率，同时保持反应的平衡状态不变来引导化学反应的。
其质量和化学性质在反应前后保持不变，这是催化剂的一个关键特性。
比如乙醇的催化氧化。
一般会使用铜丝作为催化剂，乙醇与氧气反应生成乙醛和水。
在这个过程中，铜丝首先与氧气反应生成氧化铜，然后再与乙醇反应生成乙醛和铜，从而实现了乙醇的催化氧化。
在整个过程中，虽然铜丝参与了反应，但最终的质量和本身并没有改变。
而瑶池晶中的硫化物不同。
在高温高压的环境下，硫和碳会生成比较稳定的二硫化碳，且二硫化碳的物理化学性质都比较稳定。
尽管它易挥发，但不易在常规条件下分解。
也就是说，在瑶池晶中，这种反应会被认为是不可逆的。
因为无论是徐川也好，还是他也好，基本在思考形成过程的时候，第一直觉就会将硫化物排除在催化剂当中。
但结合了化学材料计算模型的超算中心却给出了不同的答案，反直觉的给出了硫化物和二硫化碳可能是引导碳纳米管整齐有序排列的催化原因。
这的确让人感觉到相当的不可思议。
“会不会是过饱和效应？”
盯着手中的模拟数据报告，赵光贵思索了一会后开口提出了一种可能性。
“嗯？”
徐川看了过去，顿时反应了过来：“你是说过饱和催化？”
过饱和催化可能指的是在过饱和溶液中，通过加入催化剂来促进或加速过饱和析晶反应的过程。
这种反应发生在含有过量溶质的溶液中，当溶质浓度超过其在该温度下的饱和浓度时，就会发生过饱和现象。
在日常生活中最简单最能理解的，其实就是高中时期会做的一个化学实验，过饱和氯化钠溶液的制。
当然，过饱和催化和这个概念区别还是挺大的。
赵光贵点了点头，道：“嗯，如果说硫化物、二硫化碳以及碳纳米管在催化过程中出现过饱和情况的话，稳定的引导多余的碳纳米管进行气相沉积也并不是不可能的事情。”
“而且过饱和催化在材料学中虽然较少，但并不罕见，比如过饱和Fe-N5多功能催化位点用于耐用型锂硫电池。”
徐川没在意赵光贵后面说的东西，这些概念他自然很清楚，这会儿他脑海中闪过的东西只有一个。
锂硫电池！
他总算是想起来，自己在那里看到过那张‘材料物相表征图’有熟悉感的图片了！
没错，就是在锂硫电池的研发过程中，针对硫一多壁碳纳米管复合材料的制备和电化学性能研究时的发现！
或许，他知道该怎么通过过饱和多硫化物及二硫化碳作为催化剂与引导材料来大规模的制备碳纳米管集成晶体管了。
只不过在正式开始之前，他还需要打个电话给月球那边，让那边的科研人员先帮他去要瑶池环形山中确定一个情况！
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