第 2594章第七十一次实验

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    凌晨三点，王诚的实验室。
    培养皿里的那片薄膜，在扫描电镜的电子束下呈现出一种从未见过的形貌。王诚趴在目镜上，手指搭在焦距旋钮上，一动不动，已经看了整整十分钟。旁边的孙工靠在实验台边，双手抱胸，也没有说话。实验室里只有仪器运转的低沉嗡鸣，和空调出风口细微的气流声。
    那片薄膜表面布满了纳米级的沟槽，像一片微缩的河谷地貌，沟槽与沟槽之间是整齐的脊线，间距均匀，方向一致。这不是自然形成的结构，是王诚花了三个月设计出来的——用自组装的嵌段共聚物做模板，在氧化铝基底上刻出这些沟槽，然后在槽里沉积了一层氮化钛。氮化钛的导电性不算最好，但它的晶格结构和金属锂有某种天然的亲和力，锂离子在它表面沉积时，会优先沿着那些沟槽的方向生长，而不是胡乱地堆成枝杈。
    这是王诚的第七十一次实验。前面的七十次，他试过碳纳米管，试过石墨烯，试过各种过渡金属硫化物，都不行。不是导电性不够，是界面不稳定，锂晶枝还是会刺穿隔膜。直到两个月前，他偶然读到一篇关于氮化钛在锂硫电池中应用的论文，作者是一个韩国人，做的东西和他类似，但方向不同。那篇论文里有一句话，他反复读了很多遍——“氮化钛的晶面与金属锂的晶面存在较低的晶格失配度。”他当时不太确定这意味着什么，但直觉告诉他，这可能就是他要找的东西。
    他把那篇论文打印出来，拿给孙工看。孙工看了一个晚上，第二天早上在食堂找到他，说了一句让王诚记到现在的话：“晶格失配度低，意味着锂离子在氮化钛表面沉积的时候，受到的阻力小。阻力小，就容易长成有序的结构。有序的结构，就不是枝杈。你的方向对了。”
    之后的两个月，王诚把自己关在实验室里，几乎没怎么出过门。他优化了模板的制备工艺，调整了氮化钛的沉积参数，试了几十种不同的沟槽宽度和间距，终于在第七十一次实验中，得到了眼前这片薄膜。
    他直起腰，揉了揉酸涩的眼睛，转过身看着孙工。
    “孙工，您来看看。”
    孙工走过来，凑到目镜前。他看了很久，久到王诚以为他睡着了。然后他直起腰，摘下眼镜，用衣角擦了擦镜片，重新戴上。
    “这个沟槽的间距，是多少？”
    王诚说：“四百纳米。沟槽宽度一百纳米，深度五十纳米。”
    孙工点了点头。“锂晶枝的临界尺寸，大概在两百纳米左右。你的沟槽间距四百纳米，比临界尺寸大一倍。锂晶枝在沟槽里生长的时候，还没长到临界尺寸，就被槽壁挡住了。”
    他转过身，看着王诚。“你测过循环性能了吗？”
    王诚摇了摇头。“还没。想等您看了形貌再做。”
    孙工说：“现在就去测。我陪你。”
    他们走到电池测试间。王诚从手套箱里取出组装好的纽扣电池，一共六组，每组三个平行样。他把电池夹在测试仪的夹具上，设定好充放电程序，按下启动键。屏幕上跳出一条红色的曲线，那是充电曲线。电压在缓慢上升，电流稳定，没有波动。这说明电池内部没有短路，锂晶枝没有刺穿隔膜。
    第一条曲线跑完了。第二条，第三条，第四条。六组电池，十八个样品，全部跑完了第一圈。没有一个短路。孙工站在旁边，看着屏幕上的数据，没有说话。王诚看着那些数据，也没有说话。
    过了很久，孙工开口。“小王，你知道这意味着什么吗？”
    王诚说：“知道。锂晶枝的问题，解决了。”
    孙工摇了摇头。“不是解决了。是找到了解决的方向。你的沟槽结构，确实能引导锂晶枝有序生长，但氮化钛的成本太高了。大规模生产，用不起。”
    王诚愣了一下。“氮化钛很贵吗？”
    孙工说：“不贵。但你的制备工艺贵。嵌段共聚物模板，旋涂，退火，氧等离子体刻蚀，原子层沉积——这些工艺，在实验室里可以做，在工厂里做不了。成本太高，良率太低。你的思路是对的，但材料要换，工艺要换。”
    他走到窗前，背对着王诚。“你下一步要做的，不是优化性能，是降低成本。找一种便宜的材料，能用简单的工艺做出类似的沟槽结构。比如，阳极氧化铝。铝箔便宜，阳极氧化工艺成熟，成本低，适合大规模生产。你的沟槽结构，能不能用阳极氧化铝做出来？”
    王诚想了想。“能。但阳极氧化铝的沟槽，是垂直的，不是平行的。垂直的沟槽，能不能引导锂晶枝生长，需要验证。”
    孙工转过身，看着他。“那就去验证。”
    第一百二十天，王诚在图书馆里泡了整整三天。
    他查了所有能找到的关于阳极氧化铝的文献，从1953年的第一篇论文，到上个月刚发表的综述。他画了几十张草图，写了上百页的计算草稿。第三天晚上，他合上最后一本期刊，靠在椅背上，闭上眼睛。阳极氧化铝的沟槽结构，是六角形密排的，孔道垂直于铝箔表面。这种结构，和他在氮化钛薄膜上设计的平行沟槽完全不同。但他注意到一个细节——在特定的阳极氧化条件下，孔道底部会形成一种“瓶颈”结构，孔径从几十纳米逐渐收缩到几纳米，像一条河流从宽处流向窄处。
    这种瓶颈结构，也许也能引导锂晶枝生长。不是用槽壁挡住它，是用孔径的变化限制它。锂晶枝在宽孔道里生长，到了瓶颈处，空间变小了，生长受阻，自然就停下来了。
    他睁开眼睛，拿起笔，在计算草稿的最后一页写下了一行字：“阳极氧化铝瓶颈结构——限制锂晶枝生长的可能性。”
    他站起来，走出图书馆。夜色很深，研究院的主楼还亮着几盏灯。他站在楼下，望着那些灯火，忽然想起刀小芸那天在食堂说的话——“种下去，才有收成。”他种了三年，今天终于冒了一棵芽。但这棵芽能不能长大，还得看下一阶段的实验。
    第一百二十三天，王诚在实验室里搭起了第一套阳极氧化装置。
    装置很简单，一个恒温水浴槽，一个磁力搅拌器，一个直流电源，一个盛着电解液的烧杯。铝箔裁成两厘米见方的小片，用丙酮和乙醇超声清洗，然后放进电解液里，通上电。电压不高，四十伏。电流也不大，几十毫安。电解液的温度控制在零度左右，用冰水浴维持。
    王诚站在实验台前，看着电流表上跳动的数字，心里有一种很奇怪的感觉。这可能是他这辈子离“工业化”最近的一刻。如果阳极氧化铝能解决问题，那成本就能降到现在的百分之一甚至千分之一。如果成本降下来了，他的技术就能从实验室走向工厂，从工厂走向市场。那些在培训中心学电焊、学修电机的年轻人，也许有一天也能用上他的电池。
    阳极氧化的过程很慢。要形成有序的孔道结构，至少需要两个小时。王诚搬了一把椅子，坐在实验台前，盯着电流表。孙工走进来的时候，看见他这副模样，笑了。
    “小王，你不用一直盯着。它会自己跑的。”
    王诚说：“我知道。但我想看着。”
    孙工没有再说。他也搬了一把椅子，坐在王诚旁边，两个人就这么坐着，看着电流表上的数字一点一点地变化。电流先是一阵剧烈的波动，然后慢慢平稳下来，稳定在某个值附近。那是孔道在形成。孙工指着电流表说：“你看，电流稳定了。孔道开始有序生长了。”
    王诚看着那条平稳的曲线，忽然想起自己小时候第一次看到显微镜时的感觉。那时候他八岁，爸爸带他去实验室，把他抱起来，让他凑到目镜前面。他看见了一片叶子的细胞结构，那些整齐排列的细胞壁，那些在细胞质里流动的叶绿体。他觉得那是一个完整的、自洽的、不需要任何人解释的世界。现在，他坐在实验室里，看着电流表上那条平稳的曲线，又有了那种感觉。这是一个完整的、自洽的、不需要任何人解释的世界。而他，正在成为这个世界的一部分。

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