第7章

周六清晨七點,雲衍準時出現在市材料研究所門口。

灰白色的五層樓房,在晨光中顯得有些陳舊。門口掛着“龍城市新材料重點實驗室”的牌子,鏽跡斑斑。司徒瑤已經等在那裏,穿着淺藍色的連衣裙,馬尾辮扎得高高的。

“你來得真早。”她眼睛亮晶晶的,“我爸在實驗室裏準備器材呢,我們直接上去。”

雲衍點點頭,跟着她走進大樓。樓道裏飄蕩着化學試劑特有的氣味,混合着老式建築的黴味。牆上的宣傳欄貼着一些泛黃的論文摘要和技術成果介紹,落款大多是九十年代初。

三樓,306實驗室。

推開門,首先映入眼簾的是滿牆的儀器。光譜儀、電子顯微鏡、真空鍍膜機、高溫爐……雖然大多是老型號,但保養得很好。司徒明穿着白大褂,正在作台前調試一台顯微鏡。

“來了?”司徒明頭也不抬,“自己找椅子坐。瑤瑤,去給雲衍拿件實驗服。”

司徒瑤輕車熟路地從櫃子裏拿出兩件白大褂,遞給雲衍一件。雲衍穿上,尺寸有點大,袖子長出一截。

“我爸就這樣,一進實驗室就顧不上別的。”司徒瑤小聲說,語氣裏卻帶着自豪。

司徒明終於調試完設備,轉過身來。他推了推眼鏡,看着雲衍:“瑤瑤說,你們用膠帶剝離法制備了石墨薄片?”

“是。”雲衍從書包裏拿出一個塑料樣品盒,裏面是三片貼着石墨樣品的硅片,“但質量很差,不均勻,而且厚度無法控制。”

司徒明接過樣品盒,走到光學顯微鏡前。打開光源,將樣品放在載物台上,調整焦距。

透過目鏡看了足足一分鍾,他才直起身,表情復雜:“這真是你們做的?”

“嗯。”司徒瑤搶着回答,“用了透明膠帶,反復剝離了二十多次。雲衍說,要控制剝離的角度和力度,我們還在摸索。”

司徒明沒說話,又換了電子顯微鏡觀察。這次時間更長。

實驗室裏很安靜,只有儀器運轉的嗡鳴聲。雲衍心裏有些忐忑——他不知道這位真正的材料專家會怎麼評價他們簡陋的嚐試。

“有意思。”司徒明終於開口,“雖然粗糙,但思路是對的。石墨的層間作用力確實是範德華力,理論上可以用機械方法剝離。但是——”他看向雲衍,“你怎麼確定最終能得到單層結構?而不是兩層、三層?”

這個問題很關鍵。在2004年蓋姆和諾沃肖洛夫發表那篇裏程碑論文之前,學術界普遍認爲石墨太脆弱,無法穩定存在單層形態。

雲衍想了想,決定說實話——或者說,部分的實話。

“我看過一些文獻綜述。”他說,“有理論計算表明,二維碳材料在熱力學上可以穩定存在。而且,如果能獲得單層石墨,它的電子結構會從半金屬變成零帶隙半導體,甚至可能表現出其他奇特性質。”

他頓了頓,補充道:“當然,這只是理論。所以我們想試試。”

司徒明眼睛眯了起來:“你看的是哪篇文獻?”

“《固體物理評論》1992年的一篇文章,討論碳同素異形體的能帶結構。”雲衍報出一個真實存在的文獻,“裏面提到了一維碳納米管和二維石墨結構的理論可能性。”

這確實是1998年已經發表的論文,雖然當時關注的人不多。

司徒明的表情放鬆了些:“你還讀得懂《固體物理評論》?那期刊的難度可不低。”

“大部分看不懂,只能看個大概。”雲衍實話實說。

“已經很了不起了。”司徒明拍拍他的肩,“我像你這麼大的時候,還在玩泥巴呢。”

氣氛輕鬆下來。司徒明開始正式指導他們做實驗。

“你們的方法太粗糙。要獲得高質量樣品,需要更精密的控制。”他打開一個櫃子,取出幾卷不同的膠帶,“這是實驗室專用的低粘性聚合物膠帶,剝離效果比普通透明膠好得多。”

他又拿出一盒硅片和銅箔:“襯底也要選對。硅片表面有氧化層,會影響石墨烯的轉移。銅箔更好,因爲石墨烯在銅表面生長時,可以通過表面催化作用獲得更高質量。”

雲衍聽得認真。這些知識在後世是常識,但在1998年,能說得這麼清楚的人不多。

接下來一整天,三人在實驗室裏忙碌。司徒明演示了標準的機械剝離法:用膠帶粘取高定向熱解石墨,反復對折剝離,直到膠帶上留下極薄的石墨片;然後將膠帶貼在銅箔上,用丙酮蒸氣處理,使石墨片轉移到銅箔表面;最後,在顯微鏡下挑選出可能最薄的區域。

“這個過程叫‘撕膠帶法’。”司徒明一邊作一邊講解,“聽起來很土,但目前爲止,這是獲得高質量石墨烯最有效的方法。當然,只能獲得微米級的小片,離實用化還差得遠。”

雲衍看着顯微鏡下那片幾乎透明的薄膜,心跳有些加速。這就是石墨烯,改變世界的材料,此刻就在這台老舊的顯微鏡下。

“怎麼判斷是單層?”司徒瑤問。

“有幾個方法。”司徒明說,“最簡單的,光學顯微鏡下,單層石墨烯在特定厚度的二氧化硅襯底上,由於光學涉,會呈現出微弱的對比度。另外,拉曼光譜是更準確的表征手段——單層石墨烯的2D峰會顯示出特有的形狀和強度比。”

他指了指牆角的另一台儀器:“那台就是拉曼光譜儀,進口的,花了我三十萬經費。”

三十萬,在1998年是一筆巨款。

雲衍走到光譜儀前,仔細觀察。這是早期的型號,作復雜,但基本原理和後世沒什麼區別。如果能有這台儀器……

“想試試?”司徒明看穿了他的心思。

“可以嗎?”

“今天不行,樣品還沒準備好。”司徒明說,“而且,就算有了樣品,表征也需要時間。你們先學習基本的制備和觀察。”

整個上午,雲衍和司徒瑤在司徒明的指導下,制備了十幾個樣品。成功率很低,十個裏可能只有一個能用,而且無法確定到底是幾層。

中午,司徒明的妻子送來午飯——紅燒肉、青菜和米飯,裝在保溫盒裏。三人就在實驗室裏吃。

“爸,雲衍可厲害了。”司徒瑤邊吃邊說,“他模擬考年級十九,物理數學都是第一。”

司徒明挑眉:“這麼厲害?”

“還有呢,他還會編程,寫了個分析的程序,賺了錢買實驗材料。”司徒瑤竹筒倒豆子。

雲衍有些尷尬:“就是個小程序,賺點零花錢。”

司徒明若有所思:“編程、物理、材料……你興趣很廣啊。不過要記住,貪多嚼不爛。你現在最重要的是打牢基礎。”

“我明白。”雲衍點頭。

下午繼續實驗。這次,司徒明讓他們獨立作。雲衍負責膠帶剝離,司徒瑤負責轉移,兩人配合得越來越默契。

【檢測到宿主正在進行材料制備實驗,經驗獲取中……】

【材料科學經驗+3】

【實驗作熟練度+2】

系統的提示讓雲衍心裏有底。雖然經驗值漲得慢,但勝在持續。

到傍晚時,他們終於獲得了一片相對均勻的樣品。在光學顯微鏡下,這片石墨呈現出微弱的紫色對比——據司徒明的經驗,這很可能是三層以內的薄片。

“不錯的開始。”司徒明難得露出笑容,“今天先到這裏。下周末如果你們還想來,提前說一聲。”

“一定來。”雲衍認真道謝,“謝謝叔叔指導。”

“別客氣。”司徒明擺擺手,“看到你們年輕人對科研有興趣,我也高興。不過——”他表情嚴肅起來,“記住,做科研急不得。你們今天做的,離真正的成果還差得遠。不要因爲一點進展就沾沾自喜。”

“我們明白。”

離開實驗室時,天色已經擦黑。司徒瑤送雲衍到公交站。

“今天開心嗎?”她問。

“很開心。”雲衍說的是真心話。親手制備材料,和看書學習是完全不同的體驗。

“我也是。”司徒瑤眼睛在暮色中亮晶晶的,“雲衍,你說我們真的能做出單層石墨烯嗎?”

“能。”雲衍回答得很肯定,“只是時間問題。”

“那……做出之後呢?能做什麼?”

雲衍想了想,說:“可以做透明導電膜,代替現在的氧化銦錫;可以做超靈敏傳感器,檢測單個分子;可以做超級電容器,儲電量是現在電池的幾十倍;甚至可以……做芯片。”

司徒瑤張大了嘴:“芯片?用石墨做芯片?”

“不是石墨,是石墨烯。”雲衍糾正,“如果它的電學性質真如理論預測的那樣,那可能是下一代半導體材料。比硅更快,更省電。”

公交車來了。雲衍上車前,回頭對司徒瑤說:“下周見。”

“下周見!”

回到家,已經晚上七點多。父母和妹妹正在吃飯。

“怎麼這麼晚?”母親問,“去哪兒了?”

“同學家討論問題。”雲衍撒了個善意的謊言。石墨烯的事現在還不好解釋。

“吃飯吧,菜都涼了。”

飯後,雲衍回到房間,第一時間調出系統面板。

【今總結:材料科學經驗+18,實驗作熟練度+12】

【當前積分:70(未使用)】

【任務進度:市級物理競賽一等獎(剩餘42天)】

實驗作也有熟練度了。雲衍注意到,系統面板裏多了一個新條目:【實驗技能:LV1(12/100)】。

看來,系統的評價體系不僅包括理論知識,還包括實踐能力。這很合理——真正的科學家,不僅要懂理論,還要會動手。

接下來的一周,雲衍的生活進入了一種規律:白天上課,晚上學習,周末去實驗室。積分慢慢攢到了85點,但他沒有急着用——他在等一個合適的時機。

周三,物理競賽培訓班第二次課。

這次來的人少了幾個,可能是覺得難度太大退出了。雲衍還是坐在後排,旁邊是師大附中的陳浩。

上課前,陳浩湊過來:“聽說你模擬考物理98?”

“嗯。”

“厲害。”陳浩豎起大拇指,“我最高才考過95。最後那道大題,你怎麼想到那種解法的?”

雲衍簡單講了一遍思路。陳浩聽得眼睛發亮:“還能這樣!我怎麼就沒想到?”

“多做題,多總結。”雲衍還是那句老話。

這節課講的是電磁學難題。周老師出了一道綜合題,涉及電場、磁場、相對運動,復雜度堪比高考壓軸題。

“給你們二十分鍾。”周老師說,“做出來的舉手。”

教室裏安靜下來,只有筆尖劃過紙面的沙沙聲。雲衍讀完題,腦海中已經浮現出三種解法。他選了最簡潔的一種,五分鍾就寫完了解答過程。

抬頭看,其他人都還在苦思冥想。陳浩眉頭緊鎖,筆在草稿紙上寫寫畫畫。

十五分鍾時,周老師問:“有誰做出來了?”

雲衍舉手。他是唯一一個。

“好,你上來講。”

雲衍走到黑板前,開始講解。他沒有直接寫公式,而是先畫出示意圖,標出各個物理量,然後一步一步推導。思路清晰,邏輯嚴謹,連最復雜的矢量運算都解釋得明明白白。

講完後,教室裏一片安靜。然後,掌聲響起——是周老師帶頭鼓的掌。

“精彩。”周老師走到講台前,“雲衍同學的解法,不僅正確,而且簡潔優美。更重要的是,他展現了很好的物理直覺——知道從哪個角度切入最省力。這是做競賽題的關鍵。”

下課後,好幾個學生圍過來問問題。雲衍一一解答,耐心細致。陳浩等他回答完所有人,才湊過來:“雲衍,你周末有時間嗎?我想找你請教幾道題。”

“可以。”雲衍說,“不過我要去實驗室,可能只有下午有空。”

“實驗室?你在做實驗?”

“嗯,跟一個叔叔學材料制備。”

“材料?”陳浩眼睛又亮了,“我也喜歡材料!我爸媽都是化工系的教授,家裏好多這方面的書。下次我給你帶幾本。”

就這樣,雲衍在競賽班又結識了一個朋友。陳浩雖然話多,但確實聰明,家裏又有學術資源,是個值得交往的人。

回家的公交車上,系統提示音響起:

【檢測到高質量知識傳授(指導他人),物理學經驗+5】

【獲得‘初級教學者’成就,積分+10】

【當前積分:95/100】

指導他人也能獲得經驗和積分?這倒是意外之喜。雲衍記下這一點,也許以後可以多幫助同學——既能鞏固知識,又能賺積分。

周末,雲衍再次來到司徒明的實驗室。這次,陳浩也來了——死皮賴臉跟來的。

“叔叔好!我是雲衍的同學陳浩,對材料特別感興趣!”陳浩嘴甜,又帶了自家珍藏的原版材料學書籍當禮物,司徒明只好放他進來。

三人一起做實驗。有了陳浩加入,氣氛活躍了不少。他確實懂很多理論知識,雖然動手能力差了點。

“我爸說,現在最前沿的是碳納米管。”陳浩一邊笨拙地作膠帶一邊說,“本那邊1991年就發現了,現在全世界都在研究。你們說,石墨烯和碳納米管,哪個更有前途?”

“都很有前途。”司徒明說,“碳納米管是一維材料,石墨烯是二維材料,性質不同,應用場景也不同。不過目前來看,碳納米管的研究更成熟些。”

“那我們做石墨烯,會不會太超前了?”陳浩問。

司徒明看了雲衍一眼:“科學研究,有時候就需要一點超前。當年發現高溫超導材料時,大家也都覺得不實用,現在呢?已經在磁懸浮列車裏用了。”

實驗間隙,雲衍問司徒明:“叔叔,如果要系統學習材料科學,應該從哪些書看起?”

“基礎的,《材料科學基礎》《物理冶金原理》。深入的,看你的方向。如果是碳材料,可以看《碳材料科學與工程》,雖然是英文的,但圖書館應該有影印版。”司徒明說,“怎麼,真想學材料?”

“嗯。”雲衍點頭,“我覺得這是基礎。”

“有志氣。”司徒明拍拍他,“不過要記住,材料是實驗科學,光看書沒用,得動手。你們現在做的這個,雖然簡陋,但已經是真正的科研了。”

一天的實驗結束,他們獲得了五片質量不錯的樣品。司徒明答應下周用拉曼光譜幫他們表征。

回家的路上,陳浩興奮不已:“太酷了!親手做實驗,比看書有意思多了!雲衍,下周我還來!”

“想來就來,不過要聽司徒叔叔的話。”

“一定一定!”

送走陳浩,雲衍去了網吧。賬戶裏的錢已經漲到五千二——他又做了一筆交易,小賺一筆。但這次,程序給出了一個風險提示:市場可能出現劇烈波動。

雲衍研究了數據,發現國債期貨的持倉量在快速增加,而價格卻在窄幅震蕩。這是多空博弈激烈的表現,往往意味着即將選擇方向。

他決定減倉到20%,觀望一下。

作完,他打開了一個新建的文檔,開始寫一份技術報告。標題是:《關於二維碳材料(石墨烯)制備及潛在應用前景的初步探討》。

這是他爲下一步做的準備。要想引起更高層面的注意,光靠小打小鬧的實驗是不夠的,需要一份有分量的報告。當然,不能太超前,要把握好分寸。

他寫得很謹慎,主要引用1998年之前已經發表的理論工作,比如石墨的層狀結構理論、二維材料的穩定性計算等。實驗部分,只寫他們已經做出來的結果——膠帶剝離法獲得薄層石墨,以及光學顯微鏡下的初步觀察。

潛在應用部分,他列舉了幾個方向:透明導電膜、復合材料增強體、傳感器。至於晶體管、芯片這些,只字未提——太超前了,現在說只會被當成妄想。

寫完已經晚上十點。雲衍檢查了一遍,保存到軟盤。這份報告,他打算在獲得拉曼光譜數據後,找機會遞給合適的人。

也許是司徒明,也許是競賽時認識的老師,也許是……更高層的人。

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