凌晨三點,王誠的實驗室。
培養皿裡的那片薄膜,在掃描電鏡的電子束下呈現出一種從未見過的形貌。王誠趴在目鏡上,手指搭在焦距旋鈕上,一動不動,已經看了整整十分鐘。旁邊的孫工靠在實驗臺邊,雙手抱胸,也沒有說話。實驗室裡只有儀器運轉的低沉嗡鳴,和空調出風口細微的氣流聲。
那片薄膜表面佈滿了納米級的溝槽,像一片微縮的河谷地貌,溝槽與溝槽之間是整齊的脊線,間距均勻,方向一致。這不是自然形成的結構,是王誠花了三個月設計出來的——用自組裝的嵌段共聚物做模板,在氧化鋁基底上刻出這些溝槽,然後在槽裡沉積了一層氮化鈦。氮化鈦的導電性不算最好,但它的晶格結構和金屬鋰有某種天然的親和力,鋰離子在它表面沉積時,會優先沿著那些溝槽的方向生長,而不是胡亂地堆成枝杈。
這是王誠的第七十一次實驗。前面的七十次,他試過碳奈米管,試過石墨烯,試過各種過渡金屬硫化物,都不行。不是導電性不夠,是介面不穩定,鋰晶枝還是會刺穿隔膜。直到兩個月前,他偶然讀到一篇關於氮化鈦在鋰硫電池中應用的論文,作者是一個韓國人,做的東西和他類似,但方向不同。那篇論文裡有一句話,他反覆讀了很多遍——“氮化鈦的晶面與金屬鋰的晶面存在較低的晶格失配度。”他當時不太確定這意味著什麼,但直覺告訴他,這可能就是他要找的東西。
他把那篇論文打印出來,拿給孫工看。孫工看了一個晚上,第二天早上在食堂找到他,說了一句讓王誠記到現在的話:“晶格失配度低,意味著鋰離子在氮化鈦表面沉積的時候,受到的阻力小。阻力小,就容易長成有序的結構。有序的結構,就不是枝杈。你的方向對了。”
之後的兩個月,王誠把自己關在實驗室裡,幾乎沒怎麼出過門。他優化了模板的製備工藝,調整了氮化鈦的沉積引數,試了幾十種不同的溝槽寬度和間距,終於在第七十一次實驗中,得到了眼前這片薄膜。
他直起腰,揉了揉酸澀的眼睛,轉過身看著孫工。
“孫工,您來看看。”
孫工走過來,湊到目鏡前。他看了很久,久到王誠以為他睡著了。然後他直起腰,摘下眼鏡,用衣角擦了擦鏡片,重新戴上。
“這個溝槽的間距,是多少?”
王誠說:“四百奈米。溝槽寬度一百奈米,深度五十奈米。”
孫工點了點頭。“鋰晶枝的臨界尺寸,大概在兩百奈米左右。你的溝槽間距四百奈米,比臨界尺寸大一倍。鋰晶枝在溝槽裡生長的時候,還沒長到臨界尺寸,就被槽壁擋住了。”
他轉過身,看著王誠。“你測過迴圈效能了嗎?”
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