“这次实验的样品,应该可以到达工业应用的水平。”
卡森盯着腔体内的超导薄膜样品,脸上露出感慨地表情,谁能相信,他们居然几个月时间就做出了不错的样品。
“想真正的实现应用,还有很长的路要走。”
许青舟倒没觉得有什么值得激动的,从模型导出的数据看,确实能有工业级水平,这意味着可以满足基础科研或小规模原型机需求。
但要真正的规模化生产,还需要通过大量实验统计性能波动范围,控制成本,中试等等,从实验室到市场的转化如同攀登珠穆朗玛峰,每一步都需要详细规划。
而最重要的是,他们的目标是达到商业级,能大规模的应用到前沿设备。
实验室,许青舟和卡森开始调试设备。
这些天,卡森已经按照许青舟的要求借来四极杆质谱仪,还通过已知浓度的CH/NH等等建立了信号强度-浓度曲线。
接下来,卡森需要找到反应副产物与反应进程的关联和反应完成度的数学逻辑,进行动力学建模。
调试完设备,亲自把最新一组的样品做出来,许青舟又开始当起甩手掌柜。
现在的确没他什么事情。
样品已经塞到设备里,参数这些是固定好了的。
他目前在实验里的作用就是建立工艺-性能数据库,从抽象的数据中发掘问题,转化成具体的实验要求。
不出意外的话,按照现在的实验进度做超导薄膜的成分和晶界优化,回家过年前应当是可以做出商业级的样品,也就是说,实现Jc≥1.5×10 A/cm的目标。
3天过后,新样本的表征检测就传送到许青舟的电脑,Jc达到1×10 A/cm,和模型预估结果一致。
卡森等人干劲儿十足,已经开始下一组实验。
不过,墨菲定律同样适用于在实验。
就在一切向好的时候,意外还是出现了。
第516章 几个棘手的问题
2019年, 1月14日。
许青舟正在家里搞着模型撸着猫,卡森的电话就打过来了。
7号那天,新的一组样品性能直线下降,卡森不信邪,于是连续做了6组样品,最终得出结果:行不通。
6组实验,24份样品全部报废。
许青舟开车到实验室,准备现场看看,刚把腿迈进实验室,卡森就汇报情况。
“24份样品中,只有D04在磁场强度10T时,Jc能达到1×10 A/cm,临界电流密度的磁场依赖性不足,机械稳定性与耐久性同样难以到理论水平。”
“也就是说,我们最好的成果依旧停留在8天前,一旦按照计划调整ALD前驱体脉冲比例,性能非但没有向商业级进攻,反而掉了许多,各种问题接踵而至。”
许青舟盯着电脑里边的数据,随后又拿起一侧纸质的X射线衍射图和透射电镜(TEM)显示图。
【制备批次1
Tc (K)——18.2± 0.8——波动超标.】
弯曲循环(10次, r=1 mm)过后,薄膜出现开裂现象。
“而且,临界温度的工艺敏感性同样过高.问题一大堆。”
许青舟眯着眼,笔尖轻点,大脑飞速运转。
通俗点讲,就宛如在吹一个气球,许青舟的模型显示,或者理论上讲,还能往气球里边继续注入空气,可现在的情况是,气球提前达到了最大的膨胀阈值。
稍微注入空气就“砰”地炸了。
最容易搞定的就是工艺敏感性问题,调整前驱体动态反馈控制系统,检测前驱体脉冲比例波动就行。
磁场依赖性不足和和机械稳定性问题,才是需要啃下来的硬骨头。
因为晶界弱连接效应显著.这部分内容似乎无解。
卡森把椅子拉过来,坐在许青舟的一侧,汩汩地灌了几口水,说:“以数据来看,根据以前的参数,工业级超导薄膜就是我们的极限。”
“不,这并不是我们的极限。”
作为天天泡实验室的人,许青舟对于这种实验不理想的情况司空见惯,此刻毫无波澜。
他视线落到样品的结构图上,机械稳定性与耐久性不足.
也许能从石墨烯的性能入手。
石墨烯和NbSn界面结合能低,小于1 J/m,导致抗应力和辐照能力弱。
许青舟思索片刻,就直接说道:“卡森先生,关于机械稳定性与耐久性不足,你说我们设计一个过渡层怎么样?”
界面的梯度设计,他以前在实验中经常用到的一种办法。
这就是经验的重要性,甚至能说,积累经验比实验本身更重要。
“过渡层?”卡森愣了愣。
“没错。”
许青舟转动手里的签字笔,进一步解释:“就像在增加的螺丝垫片,可以增大接触面积,减小压力,还能提供摩擦力和阻尼效果,减少因振动或外力导致的机械稳定性破坏。”
“噢,教授,超级棒的想法!”
卡森眼前一亮,觉得大有可为,但很快又迟疑道:“不过,这个‘垫片’我们要用什么材料?”
“WS,NbC,以及NbSn,你们试试这三种材料。”
WS的层状晶体结构与蓝宝石基底存在特定晶面外延关系,NbC在高温下化学惰性,可阻止WS与NbSn之间的元素互扩散,而NbSn是目前已知临界温度最高的A15超导体。
这三个是目前许青舟能想到的材料。
他继续说道:“如果这三种材料不行的话,你自己再看看其他,本质上是通过晶格匹配、热膨胀梯度、化学稳定性和工艺兼容性进行多维度优化。”
卡森点点头,没有任何意见,跟着许青舟做了几个月实验,他发现许青舟90%的决定都是正确的,并且能学到非常多的知识。
原来天才是这么可怕的。
许青舟说道:“其他问题交给我。”
“好。”
卡森招呼孙思敏和马尔斯去取材料,而他则是坐下设计该怎么做过渡层。
安排好任务,许青舟视线落到表征测试的数据上,机械性问题交给卡森他们了,应该没问题,临界电流密度的磁场依赖性不足,这才是相当麻烦的事情。
简单来说,就是电流在超导薄膜速度降低。
晶界处超导相干性断裂,形成电阻性区域,高场下成为电流瓶颈,晶界就像高速公路上的老旧收费站,一系列问题,车道狭窄(晶界原子排列混乱),收费员效率低下(晶界电阻高)。车流(电流)在这里被迫减速甚至停滞,成为整个路网的瓶颈。
想解决这个问题,就得让超导薄膜的“交通系统”从混乱无序跃迁为高效智慧网络,最终实现高磁场下电流畅通无阻,也就是Jc达标。
相当棘手,最起码,他们现在的手段不行,需要另想办法。
许青舟有些头大,只能感叹果然没那么容易。
想了想,他干脆收拾东西去图书馆。
问题一大堆,就比如根据数据库的统计,目前规模化制备的缺陷率仍然过高,废品率大于40%。
当然,这个不着急,能再往后拖一拖,等后续样品的性能稳定下来,再慢慢地迭代,修补缺陷。
现在如何构建流畅的交通系统才是大事。
不过,在路口处,许青舟干脆拐了个弯,准备先去数学系蹭杯免费的咖啡喝。
办公室还是只有霍尔恩一个人。
“下午好。”
许青舟点了杯拿铁,就坐下和霍尔恩聊天,才知道他们的项目进度还不错,再有半年就可以结题。
课题的事情说完了,霍尔恩把做好的咖啡端过来,好奇地问:“虚,你有研究超对称ζ函数吗?”
“没。”
许青舟摇头,无奈地说:“物理实验已经够让我头疼的了,没时间再研究其它内容。”
“啧啧,你知道吗,数学界相当多的数学家在研究你的超对称理论。但是,你这位提出者居然在做别的研究。”
霍尔恩一阵感慨,难怪数学界都称许青舟和黎曼一样,各地数学界留下了鱼钩。
明明是数学家,却总是惦记着无关的物理。
第517章 你是不是想嗦一口?
办公室内,许青舟抿了口咖啡,笑了笑说道:“或许,等我有时间了会尝试这个课题。”
“行吧。”
霍尔恩耸耸肩,顿了顿,还是忍不住问道:“你的物理实验.超导薄膜项目怎么样,有没有什么好消息?我听说普林斯顿的麦克斯韦团队,已经成功完成了第一阶段的实验。”
这个许青舟倒是知道,麦克斯韦团队昨天宣布有了突破性进展。他们开发出实时原位监测+ML反馈系统,能进行多层溅射与高温退火优化。
而且还利用贝叶斯优化算法,将最佳溅射功率的搜索时间从6个月压缩至2周。
最新样品的性能Jc(12 T)≥2×10A/cm。
“遇到点棘手的难题.事实证明,我们和这些顶尖团队相比,还有那么一点点差距。”
霍尔恩诧异,还是第一次见到这家伙这么谦虚。
“不过,你可以期待我们未来的发展,超越他们也是需要时间的。”
“.”
霍尔恩表情复杂,有些佩服地说:“我真该学学你的心态。”
这叫一点点差距?被全方位碾压好吧!
喝了咖啡,许青舟打了声招呼离开,在路上买了个热狗三明治囫囵吃下去,就直奔图书馆。
找到空位置,坐下后很快就进入状态。
他的习惯,在解决一个问题前一定会先分析问题表现和核心机制。
得先搞清楚为什么。
这其实和经济学中的因果推断相似,需区分“相关关系”与“因果关系”,追问“为什么X导致Y”,构建反事实框架,验证机制的有效性。
严格来说,自然学科的研究逻辑都大差不差,本质是穿透表象构建对世界的解释性认知,只不过各自的命名不同而已,比如新闻学里就叫“五个W原则”。
许青舟从电脑上调出数据和电镜下材料的变化图。
首先,需要从工业级薄膜,晶界弱连接主导,高密度钉扎材料三部分去分析,对比和商业级的差距。
结构图上。
“磁通蠕动,也就是说,伴随着磁场增强,磁通线在洛伦磁力驱动下移动,进而导致能量耗散,Jc下降。”
公寓。
许青舟捏了捏酸胀的手臂,起身给自己倒了杯热水,站在窗前放松大脑,闷头计算两天,总算是有了些思路,搞出四种理论上的技术方案。
第一种,通过掺杂或纳米结构工程引入高密度钉扎中心。