02小说网

第445章 第一道难关（第1页）

化学气相沉积炉到货那天，全厂的技术骨干都围在实验室门口。设备是从江苏一家专门做材料设备的厂家定制的，整整两个大木箱，拆开来是各种不锈钢管道、反应腔、控制柜。“小心点，轻放！”王海指挥着工人，“这里面的石英管脆得很，碰碎了就得重新订，耽误时间。”韩博蹲在控制柜前，研究着说明书：“加热温区要能到1200度，控温精度±1度。这设备参数看起来还行。”“韩博士，这炉子真能把石墨烯做出来？”一个年轻技术员好奇地问。“理论上可以。”韩博站起来，“化学气相沉积法是目前制备高质量石墨烯的主流方法。甲烷气体在高温下分解，碳原子在铜箔表面沉积生长。关键是要控制气体流量、温度、压力，还有生长时间。”“听着就复杂。”技术员吐吐舌头。“复杂也得搞明白。”林凡走过来，“韩博士，安装调试需要多久？”“顺利的话三天。”韩博说，“但不顺利的话，难说。这种定制设备，很多参数要现场调试。”“抓紧时间。”林凡拍拍他肩膀，“王院士那边上周还打电话问进度。”“明白。”设备安装开始了。王海带着机修班的人安装机械部分，韩博带着技术团队调试电气和控制。实验室里忙碌起来，电钻声、扳手声、调试指令声混成一片。第一天，机械安装基本完成。第二天，电气接线完成，开始通电测试。问题在第三天出现了。“韩博士，温区控制有问题。”负责调试的小刘报告，“设定1000度，实际温度在980到1020度之间波动，稳定不下来。”韩博盯着屏幕上的温度曲线：“波动太大了。石墨烯生长需要稳定的温度场，波动超过±5度，质量就受影响。”“查原因了吗？”“查了，加热元件没问题，热电偶也没问题。”小刘挠头，“可能是控制算法的问题。厂家的控制程序是通用版本，没针对我们的炉子优化。”“改程序。”韩博毫不犹豫，“把厂家源代码要来，我们自己改。”“可厂家说那是商业机密。”“加钱。”林凡在旁边听到，直接说，“要多少钱给多少钱，但今天必须拿到源代码。”陈静去打电话了。半小时后，厂家同意提供源代码，开价五万。“给。”林凡签字，“只要能解决问题，钱不是问题。”拿到源代码，韩博和小刘一头扎进代码里。密密麻麻的c语言程序，几千行。两人从下午一直看到半夜。“找到了！”韩博眼睛一亮，“这里的pid控制参数设置不合理，积分时间太短，导致温度振荡。”“改哪个参数？”“先调积分时间，从05秒改到2秒。”韩博说，“再调比例系数，降低一点。”小刘修改代码，重新编译，上传到控制器。重启设备，设定温度1000度。屏幕上的温度曲线开始上升，980，990，1000……停在1000度，波动范围±3度。“还是有点波动。”小刘皱眉。“继续调。”韩博不放弃。又改了两次参数，终于，温度稳定在1000±1度。“成了！”实验室里一片欢呼。但问题还没完。石墨烯生长需要高纯度甲烷气体，厂里没有。临时采购，找了省城一家气体公司。“99999的高纯甲烷，一瓶五千，只能用两天。”陈静汇报价格时，心都在滴血。“买。”林凡咬牙，“先买十瓶，够二十天用。这期间咱们想办法找替代气源或者回收利用。”“还有铜箔基材。”韩博补充，“要电解抛光的铜箔，表面粗糙度要低于05微米。国内只有两家能做，价格是普通铜箔的十倍。”“也买。”林凡说，“该花的钱必须花。”设备、材料陆续到位，第一次试验终于可以开始了。韩博亲自操作。打开气体阀门，设定温度1050度，压力100帕，甲烷流量50毫升每分钟。设备启动，反应腔内温度逐渐升高。所有人屏住呼吸，盯着监控屏幕。半小时后，生长结束。韩博小心翼翼地打开反应腔，取出铜箔。铜箔表面覆盖着一层几乎透明的薄膜，在灯光下泛着彩虹般的光泽。“这就是石墨烯？”王海凑近看，“怎么跟保鲜膜似的？”“单层石墨烯本来就薄，只有一个碳原子厚度。”韩博用镊子夹起铜箔，放到显微镜下。显微镜连接着电脑屏幕，图像显示出来。“看到这些六边形网格了吗？”韩博指着屏幕，“这就是石墨烯的碳原子排列。但……不够均匀，有些地方厚，有些地方薄。”“质量问题？”林凡问。“生长不均匀。”韩博分析，“可能是气体流场不均匀，或者温度场有梯度。需要优化工艺参数。”，！第一次试验，不算成功，但至少证明设备能工作。接下来是漫长的工艺调试。韩博设计了正交实验，要测试不同温度、压力、气体流量、生长时间的组合。总共要做36组实验，每组重复三次，就是108次。实验室开始三班倒。白班韩博负责，晚班小刘负责，夜班另一个技术员负责。连续一周，实验室的灯就没灭过。每天晚上，林凡都会去实验室看看。有时候看到韩博趴在桌子上睡着了，手里还攥着实验记录本。有时候看到小刘眼睛通红地盯着屏幕，嘴里念叨着参数。没人抱怨。大家都清楚，这是关键一战。第七天晚上，第89次实验。韩博盯着屏幕上的实时监控，突然说：“这次感觉不错。”温度1050度，压力80帕，甲烷流量40毫升每分钟，生长时间20分钟。生长结束，取样检测。显微镜下，石墨烯薄膜均匀覆盖，六边形网格清晰规整。“快测拉曼光谱！”韩博声音激动。拉曼光谱仪是检测石墨烯质量的关键设备，通过激光照射样品，分析散射光的特征峰，可以判断石墨烯的层数、缺陷、掺杂情况。小刘操作仪器，几分钟后，光谱图出来了。“2d峰与g峰的强度比大于2，说明是单层石墨烯！”小刘喊道，“d峰很弱，缺陷少！”“纯度呢？”韩博问。“从峰形看，纯度很高，估计能达到999以上。”“999……”韩博皱眉，“离9999还有差距。”“但比前几次好多了。”林凡说，“继续优化，肯定能提升。”“对，继续。”又经过三天，二十多次实验，终于在第112次，得到了理想的结果。拉曼光谱显示，石墨烯质量接近完美。送去省材料检测中心做更精确的测试，纯度9998，接近目标。“可以了！”韩博终于露出笑容，“这个质量，够用了。”第一道难关，闯过去了。但马上是第二道难关——固态电解质。相比石墨烯，固态电解质的合成更复杂。需要锂盐、陶瓷粉体、聚合物、添加剂，按照特定比例混合，在特定温度下反应，然后热压成型。原料采购又遇到问题。“厂长，磷酸铁锂粉末买不到高纯度的。”陈静汇报，“厂家说高纯度的都供给宁德时代那些大厂了，咱们量小，不单独生产。”“加钱呢？”“加钱也不卖，说生产线排满了。”“那就找替代材料。”韩博查资料，“可以用镍钴锰酸锂，性能差不多，但价格贵30。”“贵也得买。”林凡说，“先买一批做实验。”原料到齐，合成实验开始。这次问题更多。第一次合成，混合物在反应釜里结块，成了硬疙瘩。第二次，温度控制不当，材料分解了。第三次，热压压力不够，成型后多孔，离子电导率太低。连续失败十几次。韩博的头发肉眼可见地变白。“韩博士，歇歇吧。”林凡劝他，“这样熬下去身体受不了。”“没时间歇。”韩博摇头，“电解质做不出来，电池就组不起来。王院士等着看样品，投资方等着看进展，科锐在盯着我们……不能停。”他翻着实验记录，突然想到什么：“是不是我们的混合顺序不对？先加锂盐还是先加陶瓷粉体，可能会影响分散均匀性。”“试试看。”调整加料顺序，果然，混合物不再结块。但离子电导率还是不够。“需要添加剂。”韩博查文献，“有一种锂盐络合物，可以提高离子迁移率。但国内没有，得从日本进口。”“进口要多久？”“正常报关一个月，加急的话两周。”“加急，钱不是问题。”两周后，添加剂到货。再次实验。这次，终于成功了。固态电解质片成型，测试离子电导率：10-3s，达到要求。“成了！”实验室里再次欢呼。韩博拿着那片薄薄的电解质片，手都在抖。连续二十多天的奋战，每天只睡三四个小时，终于看到成果。林凡也松了口气。但马上想到，还有第三关——复合。要把石墨烯和固态电解质复合在一起，形成三维多孔结构，既要保证离子传导通道，又要保证机械强度。这需要专门的复合设备，厂里没有。“设备订了，但要一个月。”王海汇报，“厂家说这是非标设备，得现做。”“一个月太长了。”林凡算时间，“咱们总共才三个月，现在已经过去一个半月。等设备到了，再做工艺调试，时间不够。”“那怎么办？”“自己造。”林凡做出决定，“王工，你带机修班，参照图纸，自己加工一台简易复合机。精度可以低一点，先做出样品，等正式设备到了再换。”小主，这个章节后面还有哦，，后面更精彩！“自己造？”王海惊讶，“那东西挺复杂的，有加热、加压、注浆多个功能……”“复杂也得造。”林凡说，“我相信你们能行。”王海一咬牙：“行，我们试试！”机修班全员上阵。车床、铣床、焊机全开，实验室旁边临时搭了个加工区。图纸是韩博根据技术资料画的，虽然简化了，但也有上百个零件。王海带着老师傅们，一件一件加工。没有的零件就去外面买，买不到的就自己改。连续五天五夜，加工区灯火通明。终于，一台看起来简陋但功能齐全的复合机造出来了。“厂长，做好了！”王海满脸油污，但眼睛发亮，“虽然丑了点，但该有的功能都有。”“测试！”石墨烯薄膜和固态电解质片放入复合机，设定温度200度，压力5兆帕，时间10分钟。机器启动，液压缸缓缓加压。十分钟后，取出样品。复合后的材料，厚度约02毫米，既有石墨烯的导电性，又有电解质的离子传导能力。“测性能！”电化学工作站测试，能量密度达到理论值的80，循环寿命三千次。虽然还没达到最终目标，但已经远超现有锂电池。“可以组装电池了！”韩博激动地说。电池组装是最后一步，也是最精细的一步。正极材料用石墨烯复合体，负极用锂金属，中间是固态电解质，封装成软包电池。第一次组装，封装不严，漏液。第二次，正负极短路。第三次，内阻太大。又是一连串失败。但这次，没人气馁。有了前面的经验，大家知道，失败是正常的，只要不断改进，总能成功。果然，在第十次尝试后，第一片完整的石墨烯复合固态电池做出来了。银灰色的软包电池，巴掌大小，重量只有同等容量锂电池的一半。测试性能：能量密度是锂电池的八倍，充电速度五倍，循环寿命四千次。虽然还没达到理论最佳值，但已经是革命性的突破。“成功了！”整个实验室沸腾了。韩博瘫坐在椅子上，眼泪突然就下来了。这一个多月，压力太大了。技术难题、时间紧迫、资金紧张、外界质疑……现在终于有了阶段性成果。王海也抹了把脸，眼圈发红。这些老师傅们，用最朴实的办法，造出了最先进的设备。林凡看着那片电池，心中感慨万千。这只是小试样品，离量产还很远。但至少证明，这条路走得通。技术是可行的，团队是有战斗力的。他拿起手机，给王院士打电话。“王院士，我们的第一片电池样品做出来了。”他尽量平静地说。电话那头沉默了几秒，然后传来王院士激动的声音：“真的？性能怎么样？”“能量密度是锂电池的八倍，循环寿命四千次。”“好！太好了！”王院士说，“样品寄给我，我让研究所做全面测试。如果结果确认，我帮你们联系工信部，申请国家重点项目支持！”“谢谢王院士！”挂掉电话，林凡看着实验室里欢呼的人群。窗外，天已经亮了。新的一天开始。而红星厂的电池之路，也刚刚开始。这只是。前面还有更多挑战。但他相信，有了这个团队，没有过不去的坎。“同志们，”他提高声音，“第一阶段目标，我们完成了！但这不是终点，是新的。接下来，我们要做更多样品，优化工艺，降低成本，为量产做准备！”“是！”众人齐声响应。阳光照进实验室，照在每个人脸上。疲惫，但充满希望。林凡知道，最难的时刻过去了。但战斗，还在继续。：（）1980：我的声望能换万物