大國院士 第二百三十九章：化學的未來

    碳酸乙烯，別名碳酸乙烯酯、1，3-二氧戊環-2-酮、1，3-二氧雜環戊酮碳酸乙烯酯.....

    其化學分子式是『c3h4o3』，室溫時為結晶固體，但當溫度大於35c時則變成透明無色液體。是一種性能優良的有機溶劑，可溶解多種聚合物。用於化肥、纖維、製藥及有機合成等行業。

    作為一名材料科研人員，徐川對於碳酸乙烯這種化合物有着一些了解，不過不算很多。

    畢竟他上輩子的材料研究主要集中在物理材料方面，而碳酸乙烯屬於化學材料的範疇。

    不過對他來說，了解一種材料的性質，並尋找到另一種能控制它的添加劑，並不是很難的事情。

    萬物相生相剋，材料也一樣。

    不同的材料有着不同的化學性質和物理性質，分子與分子之間的交融，在無序中尋找有序，在紛繁複雜中尋找簡單和美，或毀滅、或新生。

    譬如非晶合金材料，看起來堅硬無比，然而它沒有絕對的有序，在永不停歇的流動中，就如梵高的《星空》一種，你仔細看，它在看似不動中永動。

    這正是材料學的魅力。

    ......

    「碳酸乙烯：分子式為c3h4o3，分子結構中摩爾折射率為17.17，表面張力為37.3，偶極距為10-2?cm3，極化率6.80.....」

    「氫鍵供體數量:0、氫鍵受體數量:3、可旋轉化學鍵數量:0、互變異構體數量:無、拓撲分子極性表面積35.5、共價鍵單元數量:1......」

    「能與40c以上的熱水、醇、苯、氯彷、乙酸乙酯、乙酸等物品混溶。在乾燥的醚、二硫化碳、四氯化碳、石油醚等中難溶......」

    實驗室中，徐川一點一點的將有關於的碳酸乙烯的資料全都羅列出來。

    無論是它的化學物理性質，亦或者是以往的各種研究。

    這些東西對於尋找控制碳酸乙烯的材料有着很大的幫助。

    其實尋找一種控制碳酸乙烯的材料，他完全可以去找其他的化學研究員幫忙。

    以那些常年沉浸於此道的化學材料研究員來說，找出數種符合要求的材料並不是什麼太難的事情。

    不過徐川有另外的想法，他想嘗試一下，看看數學，能不能融入到材料學計算中去。

    正如此其他人猜測他研發抗核輻射材料和鋰電池材料依靠的是強大的數學能力一樣。

    只有他自己才知道並不是。

    而今天，徐川想的就是踏出這一步，利用數學來幫助自己完成這項工作。

    對於化學反應來說，在課本上是一行行的化學公式變換，在實驗室中，是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。

    比如氧化還原反應的本質是原子核外電子的得失，原子本身的結構發生改變。

    而複分解反應的本質是原子重排，即多個原子的排列組合方式發生變化。

    但實際上，它更深層的本質，是電子云的流動。

    判斷一個化學反應是否能發生，要從熱力學、動力學、焓變、熵變、自由能（gibbs自由能）、活化能等各方面來確認。

    其實嚴格來說，目前化學的發展並不完善。

    因為我們很多時候就連最簡單的化學反應都沒法用理論解釋清楚，所以很多理論都是唯象的。

    如果循着化學的解釋鏈回朔，最終還是會歸於物理學的解釋上。

    因此物理學才是自然科學中最基礎的學科（數學不是自然學科！）。

    很多人誤以為化學才是最基礎的，是因為像化學鍵本質上說一種電性作用，屬於四大基本力中的電磁相互作用。化學反應的進行也跟分子的運動，碰撞有關。

    當然，化學的潛力很深，有着深挖的巨大價值。

    而如果從化學的深層本質來看，數學毫無疑問是可以應用上的。

    比如最常見的化學反應速率，就可以通過微積分方程來描述。數學方程可以使用數值方法求解，以確定反應速率常數和其他參數。

    比如使用波函數理論、群論等來描述電子結構和反應機制。

    亦或者分子動力學模擬，通過一種計算機數學來彷真研究物質運動規律。涉及到大量微積分、概率統計以及優化算法等方面的知識。

    此外，還有熱力學、分析化學等各方面的東西，都可以通過數學來進行。

    從理論上來說，如果知曉了需要進行化學反應的材料相關信息與條件，是完全可以通過數學來模擬整個反應的全過程的。

    這聽起來很不可思議，但理論可行。

    當然，實際上這是一件不可能的事情，至少現在是不可能的。

    而徐川想做的，就是朝着這件不可能的事情去嘗試邁出第一步。

    碳酸乙烯，就是一個很好的試驗目標。

    ......

    「考慮電解液使用的高分子溶劑和正負極材料，用於控制碳酸乙烯的添加劑的可選範圍並不算很多。」

    「鹼類化合物與醇類化合物大部分基本都可以排除，這些化合物會與碳酸乙烯反應後生成各種對電池有害的物質，腐蝕正負極不說，還無法循環。」

    「那麼剩下的可選性並不算很多，酮類、氟化類、環類部分材料可以考慮進行。」

    「再根據可逆性條件進行篩選，以羰基與兩個烴基相連的酮類化合物是個不錯的選擇。」

    「不過酮類的範圍還是太大了，得收縮一下......」

    實驗室中，徐川一個人喃喃自語個不停，手中的圓珠筆也在a4稿紙上不斷的記錄着一項項的數據。

    他在依據一些基礎的化學反應來先對可用添加劑做一個大致的篩選，然後再來通過數學進行反應模擬和挑選。

    這是條很有挑戰的路，雖然並非無人踏及，但開拓的並不深；那看得到盡頭的小路，未知的迷霧中荊棘叢生，需要一個人鼓起勇氣前進。

    好在，他從來都不缺少探索和直面困難的勇氣。

    ......

    實驗室中，徐川不斷的完善着自己的理論與數據。

    另一邊，針對新型人工sei薄膜的以及碳酸乙烯含量的測試也在不斷的進行中。

    時間一眨眼就過去了五六天。

    當徐川依舊還在尋找適合的材料時，川海材料實驗室這邊的測試已經基本都做完了。

    「樊主管，這是這些天的實驗和測試數據，從這些天的實驗來看，如果在不改變其他材料與添加劑的情況下，碳酸乙烯的含量降低到原有基礎的67.3%左右是最合適的一個數字。」

    實驗室中，原本負責人工sei薄膜研究的正式研究員于振遞過來厚厚的一碟報告材料。

    樊鵬越點了點頭，伸手接過：「辛苦你們了。」

    于振搖了搖頭，回道：「說來慚愧，這次有關鋰電池材料的研發，我們根本就沒起到什麼作用。」

    「從最開始的理論和實驗過程，到後面人工sei薄膜問題的解決，以及碳酸乙烯干擾鋰枝晶和析鋰問題的發現，全都是老闆搞定的。」

    「我們只不過是按照他的要求進行了實驗罷了，這種實驗，隨便換一個做過鋰電池實驗的碩士生來，都能搞定。」

    聞言，樊鵬越也有所感嘆了起來。

    「他的確變態，以二十一歲的年齡同時拿到數學界和物理界的最高榮耀，這已經不是和我們一個世界的人了。」

    「相信無論在哪一個行業領域，他都能展現最可怕的能力。」

    頓了頓，樊鵬越接着道：「你知道嗎？我曾經還在讀博的時候，跟隨我的導師做一個二硒化鎢材料項目，遇到了一個難題，差點讓我的導師放棄那個項目。」

    「後面這位小師弟不僅幫忙搞定了這個難題，還利用數學發現了難題的根本原因，並找出了解決辦法。」

    「而那一個項目，出的成果價值幾十億米金！」

    「更關鍵的是，當時他還在讀大一。」

    聽到這話，于振倒吸了口涼氣。

    樊鵬越的導師是誰，他是知道的。

    畢竟時間已經過去了好幾個月了，平常的一些聊天交談什麼的，也足夠大家互相了解了。

    不僅僅是他們的老闆，眼前的這位空降的主管其實也不差。一位科學院院士的弟子，這人際關係和地位，不是他們這些人能比的。

    而一位院士都差點放棄的項目，想必遇到的難題是致命的。

    儘管知道諾貝爾獎菲爾茲獎雙獎得主和他們不是一個世界的人，但大一的時候，就能參與進一個成果價值幾十億米金的項目，還能解決致命的難題。

    這天賦，已經沒法形容了。

    不過回頭想想，于振又突然覺得合理了。

    如果不是這般妖孽，又怎能解決院士都無法解決的難題，又在二十一歲的年齡拿到諾貝爾獎與菲爾茲獎？這可是學術界最權威的兩個獎項。

    雖然震驚，不過這份數學能力也讓于振有些好奇。

    他忍不住問道：「你說，數學學的好，真就那麼厲害嗎？材料這種很難應用上的數學的領域，也能通過數學解決？」

    聽到這個問題，樊鵬越沉默了一下，想了想後，有些迷茫的回道：「不知道。或許對他而言是的？」

    頓了頓，他又謹慎的補了一句：「不過我從未在其他數學教授上看到過這種層次的數學應用。」

    「可能他比較特別吧。」

    .......

    另一邊，辦公室中，徐川匍匐在桌前，手中的圓珠筆在不停的寫動着。

    「.......ec，(c) dec，(d) dmc，(e) emc，(f) ec/dec = 1/1，(g) ec/dmc = 1/1，......(j) ec = 1/2。」

    「........」

    盯着稿紙上的數據，徐川陷入了沉思。

    「從數據來看，甲乙酮是種還不錯選擇，按照化學性質進行推測，它能起到一定的抑制碳酸乙烯的作用。」

    「眾所周知，碳酸乙烯之所以在鋰離子電池中起到極大的提升作用的原因在於它可以與li+通過溶劑化作用形成緊密有序的li+-ec溶劑化構型，從而使含ec的電解液在循環過程中更為穩定。」

    「而由於『li+-碳酸乙烯溶劑』構型相較於其他溶劑化鋰離子，如碳酸甲乙酯等材料來說具有更高的穩定性，因而在電解液中添加『li+-碳酸乙烯溶劑』組分後，可以明顯改善電池的循環性能和電壓極化現象。」

    「這不僅提高電解液的穩定性，同時，碳酸乙烯酯的還原產物有助於形成穩定的固體電解液界面膜，使得電解液在循環過程中更為穩定。」

    「而甲乙酮能在裏面，通過鋰離子沉積/脫出行為，從而在一定程度上削弱負極的析鋰現象。」

    「至於具體情況還需要進行實驗，畢竟推算的數據和實際應用肯定有一些差別。」

    想着，徐川又搖了搖頭，看着桌上的稿紙長舒了口氣。

    這些天來，他放掉了其他的項目，集中精力研究這個問題，要說進度，的確有一些進度，但不多。

    截止到現在，他也只不過找出來了一種可能適合的材料。

    他小看了化學反應中可能會產生的各種連帶現象。這些東西計算起來能累死個人。

    「或許，我應該弄個數學模型出來？」

    腦海中，徐川將想法轉到了另一方面。

    一個數學模型，雖然不能準確地預測未經實驗的材料樣品的各項性能以及可能誕生的化學連帶現象，但卻可以為使用者提供一定的參考。

    比如從概率意義上縮小實驗範圍什麼的。

    很早之前，他還在大一的時候，就為他的導師陳正平做過一個有關二硒化鎢材料項目的數學模型，進而迅速幫忙找到了實驗過程中的問題，鎖定了最佳還原物的濃度。

    可以說，在材料的研發過程中，一個數學模型的作用還是很大的。

    只是，他現在根本就沒那麼多的時間去做這個東西。

    針對化學材料研究的數學模型，要做出來應該可以，但難度方面，絕對比他以前給導師陳正平做的那個要大很多。

    甚至可以說是一個天一個地。

    畢竟二硒化鎢材料項目那個，針對僅僅是一種材料而已，即便是有還原劑、溫度、氣壓什麼的條件，也不算很複雜。

    】

    但化學這個不同的，這種針對化學材料探索的數學模型，複雜度簡直突破天際了。

    哪怕是他帶上一個十幾人的團隊進行編寫，可能也需要好幾個月的時間。

    當然，如果成功的話，可以給他以後的化學實驗帶來極大的便利。

    .......

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