韩教授的手指在平板电脑上快速滑动,屏幕上交替闪现着枫叶脉络的显微照片和电极材料的扫描电镜图。他忽然按住屏幕,将两张图片并排显示。
“停一下。”他敲了敲白板,吸引会议室里所有人的注意,“看看这个。”
正在争论电解液配方的工程师们停下话头,目光聚焦到屏幕上。
李博士扶了扶眼镜,凑近些观察:“这是……叶脉?”
“准确说是银枫的叶脉网络。”韩教授用激光笔圈出几个分支节点,“二级脉络的角度,三级脉络的密度分布。再看看我们现在的电极导电网格——”他切换到另一张设计图,“太规整了,像城市规划路网,每个交叉口都是瓶颈。”
负责结构设计的年轻工程师小张忍不住反驳:“韩教授,规整结构有利于工艺控制和建模模拟。这种仿生结构太复杂了,制备难度太大,良品率肯定——”
“先别急着否定。”韩教授调出一组流体动力学模拟数据,“这是模拟离子在两种结构中传输效率的对比。传统网格在低电流时表现尚可,但一旦提高倍率,局部浓度极化立即加剧。而仿生分形结构……”他切换下一页,“即使在三倍电流密度下,离子通量分布依然相对均匀。”
会议室里安静下来,只剩下空调运转的轻微嗡鸣。
“可是怎么制备?”材料组的王工皱眉,“现有的涂布设备根本做不出这种结构。”
“那就改造设备,或者开发新工艺。”韩教授关掉投影,“我建议成立一个临时攻关小组,就专门研究这个方向。”
李博士若有所思地摸着下巴:“如果真能实现……或许不止是电极。电池内部的多孔隔膜,是不是也能借鉴肺泡或者肾小球的过滤结构?”
“还有极耳导流设计,”另一个工程师插话,“可以参考河流三角洲的分流模式?”
讨论声再次响起,这次的方向却完全不同了。
三天后,仿生学攻关小组正式成立。韩教授从书架上翻出几本蒙尘的生物力学和结构学专着,堆在实验室角落的桌子上。
“第一步,先尝试复制最简单的叶脉结构。”他分配任务,“小张,你负责建模,优化分形参数。王工,你研究一下静电纺丝能不能用于构建这种网状结构。”
最初的尝试几乎全军覆没。
“又失败了。”王工从操作台前抬起头,摘下防护眼镜,疲惫地揉了揉眉心,“纤维分布完全不受控,要么聚集成团,要么断裂不连续。”
小张盯着屏幕上的模拟数据:“是不是我们太心急了?自然界的叶脉是生长出来的,不是搭建出来的。我们或许该换个思路,模拟生长过程而不是复制最终形态。”
“生长过程?”李博士刚好走进实验室,听到这句话顿了顿,“自组装?”
“对!自组装!”小张兴奋地拍了下桌子,“我们可以设计具有特定界面能的材料,让它们在特定条件下自发形成分形结构!”
方向一转,进展反而快了起来。
一周后,王工成功制备出第一片具有初步分形导电网络的电极样品。在显微镜下,银色的导电材料如树枝般延展,虽然还不够完美,但已经能看到叶脉的影子。
“测试一下基础性能。”韩教授小心地将样品装进测试夹具。
数据出来的那一刻,围在测试台旁的几人都屏住了呼吸。
“离子电导率提升了28%!”小张几乎不敢相信自己的眼睛,“而且界面阻抗显着降低!”
李博士仔细查看循环伏安曲线的形状:“氧化还原峰更尖锐,说明电化学反应动力学改善了。”
然而接下来的测试给众人泼了盆冷水。
“结构稳定性太差。”王工沮丧地看着第三次循环后就开始剥落的活性材料,“充放电过程中的体积变化把微结构全破坏了。”
“自然界解决了这个问题。”韩教授却不气馁,调出另一组图片——这次是海螺壳的截面,“看这些交错排列的文石片层,既坚硬又有韧性。强度与韧性的平衡。”
他转向材料组:“我们需要一种更柔韧的粘结剂,或者……”他顿了顿,“让活性材料本身具备一定的弹性。”
“这几乎不可能。”王工下意识地否定,“现有的正极材料都是脆性的。”
“那就开发新的。”韩教授语气平静,“或者设计复合材料,硬质颗粒嵌入弹性基质中。”
接下来的一个月,实验室成了材料学的试验场。他们尝试了水凝胶、弹性聚合物、甚至模仿蛛丝蛋白设计合成分子链。
失败,调整,再失败,再调整。
“第47次。”王工记录下又一组失败的数据,声音已经麻木。
李博士拿起那片刚刚经历100次循环后依然保持结构完整的样品:“这次有进步,粘结力够了,但是弹性模量太高,限制了离子传输。”
小张忽然从电脑前抬起头:“我有个想法——我们能不能不要追求完美的仿生结构?只借鉴其核心理念?”
他调出修改后的模型:“比如在传统网格的基础上,在关键节点增加分形分支,作为‘离子高速公路’。这样既保留了工艺兼容性,又能提升传输效率。”
韩教授盯着那个 hybrid 模型看了很久,缓缓点头:“折中,但不失为一条可行之路。”
新的方案很快被付诸实践。这一次,制备过程顺利得多。
当测试员念出最终数据时,实验室里爆发出短暂的欢呼。
“能量密度提升12%,倍率性能提升35%,循环1000次容量保持率91%!”李博士反复核对着数据,“而且与现有产线兼容度超过80%!”
韩教授却没有显得特别兴奋,他仔细查看了所有原始数据记录,然后转向攻关小组的成员。
“这只是一个开始。”他说,“自然界有数百万种优化结构等待我们去发现。今天的成果证明了这个方向的价值。”
他收拾起桌面上散落的实验记录和样品照片。
“把完整数据整理好,明天上午向祁总汇报。”
李博士主动接过资料:“我来准备汇报材料。不过韩教授,这个方向值得成立一个长期课题组。”
“我同意。”韩教授点头,“你有人选吗?”
“小张和王工必须留下,”李博士不假思索,“还需要招募一两个专门研究计算材料学和仿生力学的博士。”
“名单你定,周五前给我。”韩教授看了眼手表,“现在,所有人都去吃饭休息。明天八点,第一会议室集合。”