方程翻开自己的论文笔记,“所以我的设想是,给现有的分子打印设备做一次彻底的改造。
增加激光光镊阵列和电磁镊梯度阵列,同时捕获并移动多个分子。
激光光镊利用聚焦激光束的光压捕获分子,电磁镊梯度阵列通过梯度磁场对被极化的分子施加定向力。
两套系统协同工作,可以大幅提升并行处理效率,然后通过电栅电子束在指定位置激发化学键形成,实现逐层排列合成。
最后用原子力显微阵列扫描,通过比对蓝图,发现错位立即修正。
类似光刻机的沉积、光刻、刻蚀,一层一层堆叠出最终结构。
的确,以现在的实验室水平,实现难度极大,成品合格率也会很低。只要我们愿意投入足够的时间和耐心,总能做出一块合格的链板。”
在方程的梦里,未来的分子打印技术与当下相比,差距如同极紫外光刻机之于电子管时代的工艺。
但电子管时代的人,理论上也能用最原始的工具刻出一块晶体管电路,进行小规模的晶体管集成。
无论起步多难,只要方向对了,只要走下去,最终还是能达到终点的。
何总工没有立刻接话,他把论文又重新翻开,翻到设备改造方案那一页,从头到尾又看了一遍。
过了很久,他才缓缓开口,语音沉重:
“按你的方案与理论,相当于在分子打印设备中,塞进两套‘光刻机’的核心结构,激光光镊阵列与电磁镊梯度阵列,再用电子束激发化学键形成,打印出你需要的那块链板。
最后利用链板转录大量制备你设想的那种超级纤维材料。
整套方案看上去很好,但从第一步到最后一个环节,中间每一环都是在跨越技术天堑。
若说分子打印设备的改造,还能看到一丝希望,但转录就有些想当然了,给我的感觉更像是空中楼阁。”
方程迎着他的目光,没有躲闪,继续道:
“那我们现在还有别的路可走吗?目前太空电梯缆绳材料的研究已经进入了瓶颈,三万六千公里长的材料,中间的合成不能有任何错误。
我们都知道,这是不可能做到的,传统的合成方法已经走到头了。
为什么不换一条路,直接操控分子,将人类的操作深入到分子层次。
这条路的确像是空中楼阁,但在太阳危机的背景下,任何有一丝可能的路,我们都必须走一遍。就算失败了,也只不过是又多了一条被证明走不通的路而已。
在失败道路上,寻找新的失败,不正是我们的材料学的宗旨吗?”
何总工看着方程,半晌没有移开目光,他能感受到方程此刻的决心,最终他的语气不自觉地缓和了下来。
“你有没有想过,单单你的分子打印设备改造方案,需要超精密定位平台、飞米级电子束激发单元、激光光镊阵列的并行控制系统、原子力显微阵列的实时反馈校正回路,每一样都是只有国家级大科学工程才能碰的东西。
把它们集成在一台机器上,需要的资金和人力,不是我们一个部门能承担的。”
方程沉默了几秒,他知道何总工说的都是事实,但事实只代表困难,并不能改变他要走的方向,何况他有梦中的信息。
“我明白,当我们已经走到一座山最高峰,前面没有路了,脚下是万丈悬崖,对面是另一座更高的山。
我们唯一的选择,只能是走向眼前的悬崖,在悬崖中寻找一条攀向更高峰的道路。”
“何总工点了下头,语气里没有敷衍,但也没有被说服。
“好,就算分子打印能成,耗费数年时间,集中整个部门的资源全力配合你,确实有可能做出链板。
但这只是第一步,也是你整篇论文里最简单的一步。”
他把论文摊开在桌面,翻到后半部分,
“你提出的高分子序列的界面控制诱导理论,太超前了,也太疯狂了。
这种设想在理论上或许有讨论空间,但我们没有任何基础,没有实验数据,没有工艺可借鉴,甚至连基本的方法论都没有。
盲目往这个方向投入,几十年都不一定能看到结果。”
他的手指沿着那一段文字缓缓移动,像是在一行一行地重新确认自己读过的内容。
“你的设想是在介质界面处使用极磁偏振,让链板选择性吸附固定的碳晶胞单元,按预设序列排列。
然后调节偏振条件,让排列好的单元之间形成共价键,再局部断开链板与产物的连接。
通过飞秒级的周期性调节,在环形链板上源源不断地将碳晶胞单元连接成产物链。”
这里解释下极磁偏振,全称是极性分子电磁偏振。
原理是极性分子会受到电磁场的作用而发生偏转,不同的偏转会让附着其上的碳晶胞彼此形成不同的共价连接模式。
链板可以想象成一块环形的基板,上面长了无数根不同种类的活性位点,也可以看做是分子级的‘绒毛吸盘’,每一根绒毛的尖端只能吸附特定种类的碳晶胞。
利用电磁偏振偏转‘绒毛’,让吸附的碳晶胞按预设序列排好。然后调节偏振条件,使晶胞与晶胞之间形成共价连接。
最后再控制‘绒毛’从末端开始,一段一段地脱离已经连接好的碳晶胞链。
极性分子典型的应用例子就是液晶显示屏,液晶分子是长条状的极性分子,处于电场中时会偏转方向。加上电场可以让光透过,撤去电场则杂乱排列,光线阻断。调节中屏幕每个像素点电场,便能决定屏幕的图案。
“每一个环节都是一个独立的世界级难题。
偏振控制、介质诱导、键合选择、产物脱离……每一项背后都是一片完全未知的领域。
我们连这片领域有多大都不知道,每一项都可能需要十年、二十年去摸索。几十个维度的变量组合在一起,可能我们耗上一辈子,都看不到第一个合格的产物。
液晶显示屏只需要控制分子朝向,你的转录法需要控制的是化学键的选择性生成。
交联反应你怎么控制?碳晶胞之间的结合位点不止一个,偏振稍微偏一点,成键的对象就变了。
你要让数万个碳晶胞在同一个飞秒时间窗口里全部按预设序列完成键合,这意味着偏振控制精度必须同时满足空间和时间两个维度上的极端要求。
空间上,活性位点的偏转角度误差不能超过分子键角的量级。
时间上,整个偏振调节必须在飞秒尺度上同步。”
他顿了顿,“而几十年后,完全可能有新的材料工艺出现,到时候我们在这条路上砸进去的全部资源和时间,可能被一条全新的路线一夜归零。
你告诉我,这值得吗?”