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第8章

周六清晨七点,云衍准时出现在市材料研究所门口。

灰白色的五层楼房,在晨光中显得有些陈旧。门口挂着“龙城市新材料重点实验室”的牌子,锈迹斑斑。司徒瑶已经等在那里,穿着浅蓝色的连衣裙,马尾辫扎得高高的。

“你来得真早。”她眼睛亮晶晶的,“我爸在实验室里准备器材呢,我们直接上去。”

云衍点点头,跟着她走进大楼。楼道里飘荡着化学试剂特有的气味,混合着老式建筑的霉味。墙上的宣传栏贴着一些泛黄的论文摘要和技术成果介绍,落款大多是九十年代初。

三楼,306实验室。

推开门,首先映入眼帘的是满墙的仪器。光谱仪、电子显微镜、真空镀膜机、高温炉……虽然大多是老型号,但保养得很好。司徒明穿着白大褂,正在作台前调试一台显微镜。

“来了?”司徒明头也不抬,“自己找椅子坐。瑶瑶,去给云衍拿件实验服。”

司徒瑶轻车熟路地从柜子里拿出两件白大褂,递给云衍一件。云衍穿上,尺寸有点大,袖子长出一截。

“我爸就这样,一进实验室就顾不上别的。”司徒瑶小声说,语气里却带着自豪。

司徒明终于调试完设备,转过身来。他推了推眼镜,看着云衍:“瑶瑶说,你们用胶带剥离法制备了石墨薄片?”

“是。”云衍从书包里拿出一个塑料样品盒,里面是三片贴着石墨样品的硅片,“但质量很差,不均匀,而且厚度无法控制。”

司徒明接过样品盒,走到光学显微镜前。打开光源,将样品放在载物台上,调整焦距。

透过目镜看了足足一分钟,他才直起身,表情复杂:“这真是你们做的?”

“嗯。”司徒瑶抢着回答,“用了透明胶带,反复剥离了二十多次。云衍说,要控制剥离的角度和力度,我们还在摸索。”

司徒明没说话,又换了电子显微镜观察。这次时间更长。

实验室里很安静,只有仪器运转的嗡鸣声。云衍心里有些忐忑——他不知道这位真正的材料专家会怎么评价他们简陋的尝试。

“有意思。”司徒明终于开口,“虽然粗糙,但思路是对的。石墨的层间作用力确实是范德华力,理论上可以用机械方法剥离。但是——”他看向云衍,“你怎么确定最终能得到单层结构?而不是两层、三层?”

这个问题很关键。在2004年盖姆和诺沃肖洛夫发表那篇里程碑论文之前,学术界普遍认为石墨太脆弱,无法稳定存在单层形态。

云衍想了想,决定说实话——或者说,部分的实话。

“我看过一些文献综述。”他说,“有理论计算表明,二维碳材料在热力学上可以稳定存在。而且,如果能获得单层石墨,它的电子结构会从半金属变成零带隙半导体,甚至可能表现出其他奇特性质。”

他顿了顿,补充道:“当然,这只是理论。所以我们想试试。”

司徒明眼睛眯了起来:“你看的是哪篇文献?”

“《固体物理评论》1992年的一篇文章,讨论碳同素异形体的能带结构。”云衍报出一个真实存在的文献,“里面提到了一维碳纳米管和二维石墨结构的理论可能性。”

这确实是1998年已经发表的论文,虽然当时关注的人不多。

司徒明的表情放松了些:“你还读得懂《固体物理评论》?那期刊的难度可不低。”

“大部分看不懂,只能看个大概。”云衍实话实说。

“已经很了不起了。”司徒明拍拍他的肩,“我像你这么大的时候,还在玩泥巴呢。”

气氛轻松下来。司徒明开始正式指导他们做实验。

“你们的方法太粗糙。要获得高质量样品,需要更精密的控制。”他打开一个柜子,取出几卷不同的胶带,“这是实验室专用的低粘性聚合物胶带,剥离效果比普通透明胶好得多。”

他又拿出一盒硅片和铜箔:“衬底也要选对。硅片表面有氧化层,会影响石墨烯的转移。铜箔更好,因为石墨烯在铜表面生长时,可以通过表面催化作用获得更高质量。”

云衍听得认真。这些知识在后世是常识,但在1998年,能说得这么清楚的人不多。

接下来一整天,三人在实验室里忙碌。司徒明演示了标准的机械剥离法:用胶带粘取高定向热解石墨,反复对折剥离,直到胶带上留下极薄的石墨片;然后将胶带贴在铜箔上,用丙酮蒸气处理,使石墨片转移到铜箔表面;最后,在显微镜下挑选出可能最薄的区域。

“这个过程叫‘撕胶带法’。”司徒明一边作一边讲解,“听起来很土,但目前为止,这是获得高质量石墨烯最有效的方法。当然,只能获得微米级的小片,离实用化还差得远。”

云衍看着显微镜下那片几乎透明的薄膜,心跳有些加速。这就是石墨烯,改变世界的材料,此刻就在这台老旧的显微镜下。

“怎么判断是单层?”司徒瑶问。

“有几个方法。”司徒明说,“最简单的,光学显微镜下,单层石墨烯在特定厚度的二氧化硅衬底上,由于光学涉,会呈现出微弱的对比度。另外,拉曼光谱是更准确的表征手段——单层石墨烯的2D峰会显示出特有的形状和强度比。”

他指了指墙角的另一台仪器:“那台就是拉曼光谱仪,进口的,花了我三十万经费。”

三十万,在1998年是一笔巨款。

云衍走到光谱仪前,仔细观察。这是早期的型号,作复杂,但基本原理和后世没什么区别。如果能有这台仪器……

“想试试?”司徒明看穿了他的心思。

“可以吗?”

“今天不行,样品还没准备好。”司徒明说,“而且,就算有了样品,表征也需要时间。你们先学习基本的制备和观察。”

整个上午,云衍和司徒瑶在司徒明的指导下,制备了十几个样品。成功率很低,十个里可能只有一个能用,而且无法确定到底是几层。

中午,司徒明的妻子送来午饭——红烧肉、青菜和米饭,装在保温盒里。三人就在实验室里吃。

“爸,云衍可厉害了。”司徒瑶边吃边说,“他模拟考年级十九,物理数学都是第一。”

司徒明挑眉:“这么厉害?”

“还有呢,他还会编程,写了个分析的程序,赚了钱买实验材料。”司徒瑶竹筒倒豆子。

云衍有些尴尬:“就是个小程序,赚点零花钱。”

司徒明若有所思:“编程、物理、材料……你兴趣很广啊。不过要记住,贪多嚼不烂。你现在最重要的是打牢基础。”

“我明白。”云衍点头。

下午继续实验。这次,司徒明让他们独立作。云衍负责胶带剥离,司徒瑶负责转移,两人配合得越来越默契。

【检测到宿主正在进行材料制备实验,经验获取中……】

【材料科学经验+3】

【实验作熟练度+2】

系统的提示让云衍心里有底。虽然经验值涨得慢,但胜在持续。

到傍晚时,他们终于获得了一片相对均匀的样品。在光学显微镜下,这片石墨呈现出微弱的紫色对比——据司徒明的经验,这很可能是三层以内的薄片。

“不错的开始。”司徒明难得露出笑容,“今天先到这里。下周末如果你们还想来,提前说一声。”

“一定来。”云衍认真道谢,“谢谢叔叔指导。”

“别客气。”司徒明摆摆手,“看到你们年轻人对科研有兴趣,我也高兴。不过——”他表情严肃起来,“记住,做科研急不得。你们今天做的,离真正的成果还差得远。不要因为一点进展就沾沾自喜。”

“我们明白。”

离开实验室时,天色已经擦黑。司徒瑶送云衍到公交站。

“今天开心吗?”她问。

“很开心。”云衍说的是真心话。亲手制备材料,和看书学习是完全不同的体验。

“我也是。”司徒瑶眼睛在暮色中亮晶晶的,“云衍,你说我们真的能做出单层石墨烯吗?”

“能。”云衍回答得很肯定,“只是时间问题。”

“那……做出之后呢?能做什么?”

云衍想了想,说:“可以做透明导电膜,代替现在的氧化铟锡;可以做超灵敏传感器,检测单个分子;可以做超级电容器,储电量是现在电池的几十倍;甚至可以……做芯片。”

司徒瑶张大了嘴:“芯片?用石墨做芯片?”

“不是石墨,是石墨烯。”云衍纠正,“如果它的电学性质真如理论预测的那样,那可能是下一代半导体材料。比硅更快,更省电。”

公交车来了。云衍上车前,回头对司徒瑶说:“下周见。”

“下周见!”

回到家,已经晚上七点多。父母和妹妹正在吃饭。

“怎么这么晚?”母亲问,“去哪儿了?”

“同学家讨论问题。”云衍撒了个善意的谎言。石墨烯的事现在还不好解释。

“吃饭吧,菜都凉了。”

饭后,云衍回到房间,第一时间调出系统面板。

【今总结:材料科学经验+18,实验作熟练度+12】

【当前积分:70(未使用)】

【任务进度:市级物理竞赛一等奖(剩余42天)】

实验作也有熟练度了。云衍注意到,系统面板里多了一个新条目:【实验技能:LV1(12/100)】。

看来,系统的评价体系不仅包括理论知识,还包括实践能力。这很合理——真正的科学家,不仅要懂理论,还要会动手。

接下来的一周,云衍的生活进入了一种规律:白天上课,晚上学习,周末去实验室。积分慢慢攒到了85点,但他没有急着用——他在等一个合适的时机。

周三,物理竞赛培训班第二次课。

这次来的人少了几个,可能是觉得难度太大退出了。云衍还是坐在后排,旁边是师大附中的陈浩。

上课前,陈浩凑过来:“听说你模拟考物理98?”

“嗯。”

“厉害。”陈浩竖起大拇指,“我最高才考过95。最后那道大题,你怎么想到那种解法的?”

云衍简单讲了一遍思路。陈浩听得眼睛发亮:“还能这样!我怎么就没想到?”

“多做题,多总结。”云衍还是那句老话。

这节课讲的是电磁学难题。周老师出了一道综合题,涉及电场、磁场、相对运动,复杂度堪比高考压轴题。

“给你们二十分钟。”周老师说,“做出来的举手。”

教室里安静下来,只有笔尖划过纸面的沙沙声。云衍读完题,脑海中已经浮现出三种解法。他选了最简洁的一种,五分钟就写完了解答过程。

抬头看,其他人都还在苦思冥想。陈浩眉头紧锁,笔在草稿纸上写写画画。

十五分钟时,周老师问:“有谁做出来了?”

云衍举手。他是唯一一个。

“好,你上来讲。”

云衍走到黑板前,开始讲解。他没有直接写公式,而是先画出示意图,标出各个物理量,然后一步一步推导。思路清晰,逻辑严谨,连最复杂的矢量运算都解释得明明白白。

讲完后,教室里一片安静。然后,掌声响起——是周老师带头鼓的掌。

“精彩。”周老师走到讲台前,“云衍同学的解法,不仅正确,而且简洁优美。更重要的是,他展现了很好的物理直觉——知道从哪个角度切入最省力。这是做竞赛题的关键。”

下课后,好几个学生围过来问问题。云衍一一解答,耐心细致。陈浩等他回答完所有人,才凑过来:“云衍,你周末有时间吗?我想找你请教几道题。”

“可以。”云衍说,“不过我要去实验室,可能只有下午有空。”

“实验室?你在做实验?”

“嗯,跟一个叔叔学材料制备。”

“材料?”陈浩眼睛又亮了,“我也喜欢材料!我爸妈都是化工系的教授,家里好多这方面的书。下次我给你带几本。”

就这样,云衍在竞赛班又结识了一个朋友。陈浩虽然话多,但确实聪明,家里又有学术资源,是个值得交往的人。

回家的公交车上,系统提示音响起:

【检测到高质量知识传授(指导他人),物理学经验+5】

【获得‘初级教学者’成就,积分+10】

【当前积分:95/100】

指导他人也能获得经验和积分?这倒是意外之喜。云衍记下这一点,也许以后可以多帮助同学——既能巩固知识,又能赚积分。

周末,云衍再次来到司徒明的实验室。这次,陈浩也来了——死皮赖脸跟来的。

“叔叔好!我是云衍的同学陈浩,对材料特别感兴趣!”陈浩嘴甜,又带了自家珍藏的原版材料学书籍当礼物,司徒明只好放他进来。

三人一起做实验。有了陈浩加入,气氛活跃了不少。他确实懂很多理论知识,虽然动手能力差了点。

“我爸说,现在最前沿的是碳纳米管。”陈浩一边笨拙地作胶带一边说,“本那边1991年就发现了,现在全世界都在研究。你们说,石墨烯和碳纳米管,哪个更有前途?”

“都很有前途。”司徒明说,“碳纳米管是一维材料,石墨烯是二维材料,性质不同,应用场景也不同。不过目前来看,碳纳米管的研究更成熟些。”

“那我们做石墨烯,会不会太超前了?”陈浩问。

司徒明看了云衍一眼:“科学研究,有时候就需要一点超前。当年发现高温超导材料时,大家也都觉得不实用,现在呢?已经在磁悬浮列车里用了。”

实验间隙,云衍问司徒明:“叔叔,如果要系统学习材料科学,应该从哪些书看起?”

“基础的,《材料科学基础》《物理冶金原理》。深入的,看你的方向。如果是碳材料,可以看《碳材料科学与工程》,虽然是英文的,但图书馆应该有影印版。”司徒明说,“怎么,真想学材料?”

“嗯。”云衍点头,“我觉得这是基础。”

“有志气。”司徒明拍拍他,“不过要记住,材料是实验科学,光看书没用,得动手。你们现在做的这个,虽然简陋,但已经是真正的科研了。”

一天的实验结束,他们获得了五片质量不错的样品。司徒明答应下周用拉曼光谱帮他们表征。

回家的路上,陈浩兴奋不已:“太酷了!亲手做实验,比看书有意思多了!云衍,下周我还来!”

“想来就来,不过要听司徒叔叔的话。”

“一定一定!”

送走陈浩,云衍去了网吧。账户里的钱已经涨到五千二——他又做了一笔交易,小赚一笔。但这次,程序给出了一个风险提示:市场可能出现剧烈波动。

云衍研究了数据,发现国债期货的持仓量在快速增加,而价格却在窄幅震荡。这是多空博弈激烈的表现,往往意味着即将选择方向。

他决定减仓到20%,观望一下。

作完,他打开了一个新建的文档,开始写一份技术报告。标题是:《关于二维碳材料(石墨烯)制备及潜在应用前景的初步探讨》。

这是他为下一步做的准备。要想引起更高层面的注意,光靠小打小闹的实验是不够的,需要一份有分量的报告。当然,不能太超前,要把握好分寸。

他写得很谨慎,主要引用1998年之前已经发表的理论工作,比如石墨的层状结构理论、二维材料的稳定性计算等。实验部分,只写他们已经做出来的结果——胶带剥离法获得薄层石墨,以及光学显微镜下的初步观察。

潜在应用部分,他列举了几个方向:透明导电膜、复合材料增强体、传感器。至于晶体管、芯片这些,只字未提——太超前了,现在说只会被当成妄想。

写完已经晚上十点。云衍检查了一遍,保存到软盘。这份报告,他打算在获得拉曼光谱数据后,找机会递给合适的人。

也许是司徒明,也许是竞赛时认识的老师,也许是……更高层的人。

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