摸清了陸家的熔噴布生意現狀後,此後幾天,顧轍就展開了緊張的研發部署工作,動用天元科技的團隊,紮紮實實地分解科研任務。
當然,以顧轍的做事風格,還是那句話:除了他本人, 其他科研人員沒有一個可以掌握全局思路,不到最後係統整合之前,都不知道其他子項目團隊的工作最終能在整體全局上發揮多少作用。
而且,經過簡單的拆分後,顧轍的天元科技最終可以提供的,隻是新材料的成分配方、結構、原理層麵的專利。最多再加上一些生產過程中所需用到的輔料成分配方。
而如何實現具體工藝, 以及熔噴機的相應改造, 都是需要明遠國際的研發人員來實現的,顧轍隻能是點撥。
畢竟明遠國際的研發人員涉獵化纖紡織行業十幾年了,對各類紡織機械和工藝組織的經驗,肯定比顧轍高明得多,顧轍的思路也需要他們轉化為大規模的工廠化落地。
各方麵很快開始有條不紊地動作起來,陸謹明和陸幽幽也每天都來公司盯著研發進度,顧轍要什麽就立刻提供,予取予求。
如前所述,顧轍這次要做的材料,是基於後世2020年6月26日、中科院納米所在《科學》期刊上的一篇論文,以及後世的後續研發展開的。
這種材料名叫“PVA/PLGA單向透水吸附麵料”,可以在傳統熔噴布吸附防毒保溫的性能基礎上,再增加一些彈性延展,同時做到單向透水透濕,簡直跟人體的皮膚防護透汗效果差不多了,後世也被稱為“人造皮膚”。
這種材料在生產的過程中, 也是可以用到熔噴機的,但是對熔噴機的要求也高得多,還需要很多其他輔助設備和多道額外工藝環節。
首先,熔噴機的噴嘴要做到比目前造聚丙烯熔噴布的噴絲更細, 目前噴聚丙烯的噴絲可能在上百納米粗細,新的噴嘴要做到噴絲最多隻有二三十納米細,甚至更細。
當然,這個其實原理上來說並不是解決不了,不管是給噴嘴加新的更精密的濾網也好,還是用別的手段,相信產線工藝工程師都可以解決。
這無非是個在成本和性能之間搞平衡的事兒,噴絲越細,熔噴機生產效率越低、每天產量變少。噴嘴濾網損耗越大、配套零件磨損、壽命也都有影響。
但是,這事情肯定是可以解決的,最後多花了多少錢,都攤到產品售價上就好。所以這個活兒,顧轍第一時間就交給了明遠國際的工程師,陸謹明也親自帶著他們去摸底挖潛改良機器。
解決了最簡單的噴絲細化問題後,下麵才是關鍵的重頭戲。
傳統聚丙烯熔噴布噴的是單一材料,所以可以亂噴,比如最後要的成品麵料是0.1毫米厚的,那就往凝結網簾或者收集滾筒上亂噴,
噴到收集滾筒表麵平均積了差不多0.1毫米厚的聚丙烯細絲後,再稍稍冷卻一會兒(冷卻的過程中收集滾筒在轉,滾筒表麵是冷的),就可以把布取下來。
但顧轍要做的“PVA/PLGA單向透水吸附麵料”,不可以一次性噴那麽厚,因為如果親水的PVA和疏水的PLGA各自堆疊到毫米級的厚度、然後再上下交疊在一起,就達不到“牽引吸附夾層中的水分子,讓水分從內側往外拉扯揮發”的效果了。
單層PVA太厚,水分會被拉扯鎖在中間,而單層PLGA太厚,也會徹底堵死封住水汽通過的孔隙。一個不放手一個往外推,透水效果就達不到了。
所以,顧轍得確保機器每一層PVA都最多噴到微米級的厚度,PLGA也隻能噴到微米級得到厚度,然後交疊上去,最後形成PVA和PLGA交疊、類似千層餅的結構。
這種東西要量產,熔噴成本就比單一材質熔噴布高太多了,因為原本噴一道就過的,現在可能要反複交疊噴好多次。
對機器的占用和硬件折舊成本也就大增,導致這種布料就算生產出來,價格也是極為昂貴。畢竟相比於普通熔噴布,這種新材料占用的熔噴機工時會多數十倍,還有其他配套複雜工藝。
當然了,這種布料最後在宏觀層麵的表現,也不必是完全由PLGA或者PVA構成的,可以隻是內外表麵由這兩種材料交疊數次構成,而中間提供結構強度的主料,可以是其他有機化纖麵料,隻要沒有明顯的疏水性或者親水性傾向就行。
最後要實現的效果,就是內層往裏吸水、往夾芯層裏送。外層往外排水,從夾芯層裏抽。
類似於兩邊都是千層酥皮、中間是奶油主芯的拿破侖蛋糕——總之技術細節很複雜,也難以精確描述讓外行人聽懂。
反正其中關鍵要點就是:顧轍要想辦法做出能讓PLGA和PVA材質層都足夠薄的熔噴層,而且要降低反複堆疊熔噴的成本,解決其中很多工藝問題。
把材料噴薄,不是外行人想想那麽容易的,這裏麵有很多難點。
比如目前的噴嘴係統,就算把噴絲噴得再細,也無法直接確保噴出來的布層夠薄——絲細隻是布薄的必要條件,而非充要條件。
另一個關鍵的必要條件,是對噴絲飄動軌跡的精確控製。因為絲越細,被噴出來的時候就容易亂飄。
就算噴射氣流很強勁,也無法很精確地控製噴絲的走向,這涉及到極為複雜的空氣動力學和流體動力學,而且噴射氣流也不能無限加強,否則噴絲就被吹斷了。
當要噴0.1毫米厚的布層時,噴絲小範圍亂飄也沒什麽關係,因為宏觀上來說,隻要量夠大,這些隨機誤差是可以相互抵消的——
就好比光子雙縫實驗和光柵實驗時,你沒法從量子層麵確定每一個光量子最後通過雙縫射到哪兒,但隻要光子夠多,最後肯定會形成幹涉條紋。
量越大,宏觀分布越符合概率規律,這是眾所周知的。而量變小了之後,偶然性誤差就會凸顯。
所以一旦單層厚度降低到微米級,你隨便亂噴就會出現有的地方厚。有的地方薄、有的地方甚至完全沒有覆蓋到的情況,質量控製也就無從談起。
而這個問題,眼下如果沒有顧轍親自插手,其他同行幾乎也是不可能解決的。
顧轍對此卻是早有準備。他為此把手下搞化學沉積法的金燦也帶來了,還有好幾個研究生,在顧轍的方向指點下,開始搞專門用於分別收集PLGA或者PVA輕薄噴層的掩膜材料。
正常的熔噴環節,對於接收成品的滾筒、凝結網簾,要求是很低的,隻要滾筒或網簾的材料不會粘住要生產的熱熔布料,而且內部足夠通入冷卻水、讓熱熔材料一噴到冷卻筒表麵就瞬間冷凝,就行了。
而顧轍對現在所要用到的收集掩膜的要求,卻額外加了兩道:
他需要確保收集疏水的PLGA噴層的掩膜,本身足夠親油疏水,一旦熱熔PLGA噴過來的時候,能夠用油性吸附力把原本“堆疊不平”的PLGA盡量拉平、攤平。
同理,收集親水的PVA噴層的掩膜,則要反其道而行之,足夠親水疏油,用水性表麵特性把“堆疊不平”的PVA盡量拉平。
這樣一來,靠著搜集膜的特定材質,可以進一步把微厚熔噴的厚度誤差,額外再拉平一個數量級。
而且,因為單一熔噴層太薄,材料結構強度太低,在堆疊起來之前,這些單層材料是沒法直接滾筒搜集起來的,得跟著掩膜一起卷起來。
所以顧轍最後還得考慮掩膜如何回收的問題,最好的辦法思路當然是“掩膜本身的熔點,最好比PLGA和PVA還低得多。
這樣多層PLGA和PVA和掩膜都疊到一起之後,可以稍稍加熱、就在PLGA和PVA不再次融化的情況下,單獨把掩膜融化了,流出來回收掉,隻留下PLGA和PVA層疊的複合布”。
類似於做千層酥的時候,一開始為了防止麵餅層粘在一起,需要一層層抹酥油。但最後麵層定型之後、進烤箱之前,卻希望把中間的酥油層給去掉。(例子不太恰當,但也舉不出更恰當的例子了)
這麽多彎彎繞繞的複雜科學思路混雜在一起,給沒開上帝視角的普通地球人100個腦子,也難以單獨把一係列問題想明白。
要不是顧轍前世對化學沉積法鑽研多年,也不至於如此舉重若輕。
……
顧轍把相關的“化學沉積掩膜”任務拆分、單獨交給金燦和他帶的那幾個碩士研究生去做的時候,金燦看了這個實驗設計,也是震驚得不行。
他完全沒想到,原來顧總對材料化學的理解,如此全麵,連原本沒怎麽用過的“化學沉積法”,顧總的思路都那麽清晰。
“這個實驗設計思路,您是怎麽想到的?我讀研六年,就鑽研液相沉積法了,也涉獵過薄膜沉積法,但是對薄膜沉積的工業應用,也沒有您那麽深刻。”
開始動手之前,金燦對顧轍是徹底折服了,原本他也隻是一個挺愛錢的博士生,來顧轍這兒之前,還總想著“女朋友逼他早點買房”的事兒。
但此時此刻,他是徹底心悅誠服,堅信跟著顧轍混,一年買房絕不是問題。以顧總的思路,這樣研究下去,肯定是能出大成果的。
雖然,他對於未來的大成果的其他至少七八成技術要點構成,還茫然無知。
但窺一斑而見全豹,他隻要看懂他自己專業的這一斑就夠說明問題了。
顧轍對於自己的知識來源,當然不用解釋。
後世石墨烯剛出來的時候,為了製備石墨烯,多少工程師和科學家不也盯上了“薄膜沉積法”,
說白了就是希望避免“撕膠帶”來量產石墨烯,而是希望直接給一個用於吸附石墨烯的薄膜,最好石墨烯能自發吸附在這個薄膜上,而且要不厚不薄剛剛好、每個暴露位置都隻吸附一層碳原子厚度。
一旦某個位置有碳原子落上去了,就不再會有第二層碳原子落到同一個點,這樣才能確保出來的石墨是單層原子厚度,那才是石墨烯。
顧轍後世連“如何在特定薄膜上隻沉積一個原子厚度的石墨,和隻沉積一個分子厚度的二硫化鉬”,都非常精通。
觸類旁通之下,看看中科院納米所相關論文、學會“如何用對應吸附薄膜,把PLGA和PVA噴層吸附得盡量薄而均勻”,還不是輕輕鬆鬆?
這裏麵的敬畏奧義,顧轍還用告訴你金燦麽?不明白就乖乖虛心學習!邊幹邊學!
這次的項目做好之後,顧轍相信意義絕對是巨大的,不但是造出新的熔噴材料那麽簡單,關鍵是顧轍要樹立自己在“化學沉積法”,尤其是“氣相薄膜沉積法”工藝領域的學術地位。
將來等他去斯坦福讀完研、準備搞出石墨烯的時候,他才能一次性拿出足夠多的幹貨,而不僅僅是拿出一個“撕膠帶”的偶然科學發現。
顧轍要做得比曆史上那幾個陰籍露奸科學家更多更好,甚至在發現石墨烯的同時,立刻就同步做出“如何用銅離子掩膜吸附甲烷氣體中的碳原子、形成銅離子和氫離子置換、得到單層原子厚度的石墨烯”。
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畢竟顧轍的國籍是華夏,他很清楚華人拿諾貝爾物理學獎的難度比西方國家的人大多少。
西方人可以“撕膠帶”偶然發現石墨烯就拿諾貝爾獎,顧轍卻必須證明自己“不但能發現,還能提供第一代非偶然性的、不靠撕膠帶也造出石墨烯的早期實驗室科學量產法”。
如果連這都做到了,除非老外不要臉到直接掀桌子自廢諾貝爾獎、讓諾貝爾獎從此滅絕,否則他們就不得不被迫把這個諾貝爾獎給顧轍。
顧轍就喜歡這種對手不喜歡他又拿他沒辦法的情況。
而眼下這一切,隻是顧轍一盤大棋的一顆棋子而已,讓他初次樹立涉足化學沉積法領域的契機,順便還真能賺一大筆錢,看起來就非常的合理,不突兀。
當然,以顧轍的做事風格,還是那句話:除了他本人, 其他科研人員沒有一個可以掌握全局思路,不到最後係統整合之前,都不知道其他子項目團隊的工作最終能在整體全局上發揮多少作用。
而且,經過簡單的拆分後,顧轍的天元科技最終可以提供的,隻是新材料的成分配方、結構、原理層麵的專利。最多再加上一些生產過程中所需用到的輔料成分配方。
而如何實現具體工藝, 以及熔噴機的相應改造, 都是需要明遠國際的研發人員來實現的,顧轍隻能是點撥。
畢竟明遠國際的研發人員涉獵化纖紡織行業十幾年了,對各類紡織機械和工藝組織的經驗,肯定比顧轍高明得多,顧轍的思路也需要他們轉化為大規模的工廠化落地。
各方麵很快開始有條不紊地動作起來,陸謹明和陸幽幽也每天都來公司盯著研發進度,顧轍要什麽就立刻提供,予取予求。
如前所述,顧轍這次要做的材料,是基於後世2020年6月26日、中科院納米所在《科學》期刊上的一篇論文,以及後世的後續研發展開的。
這種材料名叫“PVA/PLGA單向透水吸附麵料”,可以在傳統熔噴布吸附防毒保溫的性能基礎上,再增加一些彈性延展,同時做到單向透水透濕,簡直跟人體的皮膚防護透汗效果差不多了,後世也被稱為“人造皮膚”。
這種材料在生產的過程中, 也是可以用到熔噴機的,但是對熔噴機的要求也高得多,還需要很多其他輔助設備和多道額外工藝環節。
首先,熔噴機的噴嘴要做到比目前造聚丙烯熔噴布的噴絲更細, 目前噴聚丙烯的噴絲可能在上百納米粗細,新的噴嘴要做到噴絲最多隻有二三十納米細,甚至更細。
當然,這個其實原理上來說並不是解決不了,不管是給噴嘴加新的更精密的濾網也好,還是用別的手段,相信產線工藝工程師都可以解決。
這無非是個在成本和性能之間搞平衡的事兒,噴絲越細,熔噴機生產效率越低、每天產量變少。噴嘴濾網損耗越大、配套零件磨損、壽命也都有影響。
但是,這事情肯定是可以解決的,最後多花了多少錢,都攤到產品售價上就好。所以這個活兒,顧轍第一時間就交給了明遠國際的工程師,陸謹明也親自帶著他們去摸底挖潛改良機器。
解決了最簡單的噴絲細化問題後,下麵才是關鍵的重頭戲。
傳統聚丙烯熔噴布噴的是單一材料,所以可以亂噴,比如最後要的成品麵料是0.1毫米厚的,那就往凝結網簾或者收集滾筒上亂噴,
噴到收集滾筒表麵平均積了差不多0.1毫米厚的聚丙烯細絲後,再稍稍冷卻一會兒(冷卻的過程中收集滾筒在轉,滾筒表麵是冷的),就可以把布取下來。
但顧轍要做的“PVA/PLGA單向透水吸附麵料”,不可以一次性噴那麽厚,因為如果親水的PVA和疏水的PLGA各自堆疊到毫米級的厚度、然後再上下交疊在一起,就達不到“牽引吸附夾層中的水分子,讓水分從內側往外拉扯揮發”的效果了。
單層PVA太厚,水分會被拉扯鎖在中間,而單層PLGA太厚,也會徹底堵死封住水汽通過的孔隙。一個不放手一個往外推,透水效果就達不到了。
所以,顧轍得確保機器每一層PVA都最多噴到微米級的厚度,PLGA也隻能噴到微米級得到厚度,然後交疊上去,最後形成PVA和PLGA交疊、類似千層餅的結構。
這種東西要量產,熔噴成本就比單一材質熔噴布高太多了,因為原本噴一道就過的,現在可能要反複交疊噴好多次。
對機器的占用和硬件折舊成本也就大增,導致這種布料就算生產出來,價格也是極為昂貴。畢竟相比於普通熔噴布,這種新材料占用的熔噴機工時會多數十倍,還有其他配套複雜工藝。
當然了,這種布料最後在宏觀層麵的表現,也不必是完全由PLGA或者PVA構成的,可以隻是內外表麵由這兩種材料交疊數次構成,而中間提供結構強度的主料,可以是其他有機化纖麵料,隻要沒有明顯的疏水性或者親水性傾向就行。
最後要實現的效果,就是內層往裏吸水、往夾芯層裏送。外層往外排水,從夾芯層裏抽。
類似於兩邊都是千層酥皮、中間是奶油主芯的拿破侖蛋糕——總之技術細節很複雜,也難以精確描述讓外行人聽懂。
反正其中關鍵要點就是:顧轍要想辦法做出能讓PLGA和PVA材質層都足夠薄的熔噴層,而且要降低反複堆疊熔噴的成本,解決其中很多工藝問題。
把材料噴薄,不是外行人想想那麽容易的,這裏麵有很多難點。
比如目前的噴嘴係統,就算把噴絲噴得再細,也無法直接確保噴出來的布層夠薄——絲細隻是布薄的必要條件,而非充要條件。
另一個關鍵的必要條件,是對噴絲飄動軌跡的精確控製。因為絲越細,被噴出來的時候就容易亂飄。
就算噴射氣流很強勁,也無法很精確地控製噴絲的走向,這涉及到極為複雜的空氣動力學和流體動力學,而且噴射氣流也不能無限加強,否則噴絲就被吹斷了。
當要噴0.1毫米厚的布層時,噴絲小範圍亂飄也沒什麽關係,因為宏觀上來說,隻要量夠大,這些隨機誤差是可以相互抵消的——
就好比光子雙縫實驗和光柵實驗時,你沒法從量子層麵確定每一個光量子最後通過雙縫射到哪兒,但隻要光子夠多,最後肯定會形成幹涉條紋。
量越大,宏觀分布越符合概率規律,這是眾所周知的。而量變小了之後,偶然性誤差就會凸顯。
所以一旦單層厚度降低到微米級,你隨便亂噴就會出現有的地方厚。有的地方薄、有的地方甚至完全沒有覆蓋到的情況,質量控製也就無從談起。
而這個問題,眼下如果沒有顧轍親自插手,其他同行幾乎也是不可能解決的。
顧轍對此卻是早有準備。他為此把手下搞化學沉積法的金燦也帶來了,還有好幾個研究生,在顧轍的方向指點下,開始搞專門用於分別收集PLGA或者PVA輕薄噴層的掩膜材料。
正常的熔噴環節,對於接收成品的滾筒、凝結網簾,要求是很低的,隻要滾筒或網簾的材料不會粘住要生產的熱熔布料,而且內部足夠通入冷卻水、讓熱熔材料一噴到冷卻筒表麵就瞬間冷凝,就行了。
而顧轍對現在所要用到的收集掩膜的要求,卻額外加了兩道:
他需要確保收集疏水的PLGA噴層的掩膜,本身足夠親油疏水,一旦熱熔PLGA噴過來的時候,能夠用油性吸附力把原本“堆疊不平”的PLGA盡量拉平、攤平。
同理,收集親水的PVA噴層的掩膜,則要反其道而行之,足夠親水疏油,用水性表麵特性把“堆疊不平”的PVA盡量拉平。
這樣一來,靠著搜集膜的特定材質,可以進一步把微厚熔噴的厚度誤差,額外再拉平一個數量級。
而且,因為單一熔噴層太薄,材料結構強度太低,在堆疊起來之前,這些單層材料是沒法直接滾筒搜集起來的,得跟著掩膜一起卷起來。
所以顧轍最後還得考慮掩膜如何回收的問題,最好的辦法思路當然是“掩膜本身的熔點,最好比PLGA和PVA還低得多。
這樣多層PLGA和PVA和掩膜都疊到一起之後,可以稍稍加熱、就在PLGA和PVA不再次融化的情況下,單獨把掩膜融化了,流出來回收掉,隻留下PLGA和PVA層疊的複合布”。
類似於做千層酥的時候,一開始為了防止麵餅層粘在一起,需要一層層抹酥油。但最後麵層定型之後、進烤箱之前,卻希望把中間的酥油層給去掉。(例子不太恰當,但也舉不出更恰當的例子了)
這麽多彎彎繞繞的複雜科學思路混雜在一起,給沒開上帝視角的普通地球人100個腦子,也難以單獨把一係列問題想明白。
要不是顧轍前世對化學沉積法鑽研多年,也不至於如此舉重若輕。
……
顧轍把相關的“化學沉積掩膜”任務拆分、單獨交給金燦和他帶的那幾個碩士研究生去做的時候,金燦看了這個實驗設計,也是震驚得不行。
他完全沒想到,原來顧總對材料化學的理解,如此全麵,連原本沒怎麽用過的“化學沉積法”,顧總的思路都那麽清晰。
“這個實驗設計思路,您是怎麽想到的?我讀研六年,就鑽研液相沉積法了,也涉獵過薄膜沉積法,但是對薄膜沉積的工業應用,也沒有您那麽深刻。”
開始動手之前,金燦對顧轍是徹底折服了,原本他也隻是一個挺愛錢的博士生,來顧轍這兒之前,還總想著“女朋友逼他早點買房”的事兒。
但此時此刻,他是徹底心悅誠服,堅信跟著顧轍混,一年買房絕不是問題。以顧總的思路,這樣研究下去,肯定是能出大成果的。
雖然,他對於未來的大成果的其他至少七八成技術要點構成,還茫然無知。
但窺一斑而見全豹,他隻要看懂他自己專業的這一斑就夠說明問題了。
顧轍對於自己的知識來源,當然不用解釋。
後世石墨烯剛出來的時候,為了製備石墨烯,多少工程師和科學家不也盯上了“薄膜沉積法”,
說白了就是希望避免“撕膠帶”來量產石墨烯,而是希望直接給一個用於吸附石墨烯的薄膜,最好石墨烯能自發吸附在這個薄膜上,而且要不厚不薄剛剛好、每個暴露位置都隻吸附一層碳原子厚度。
一旦某個位置有碳原子落上去了,就不再會有第二層碳原子落到同一個點,這樣才能確保出來的石墨是單層原子厚度,那才是石墨烯。
顧轍後世連“如何在特定薄膜上隻沉積一個原子厚度的石墨,和隻沉積一個分子厚度的二硫化鉬”,都非常精通。
觸類旁通之下,看看中科院納米所相關論文、學會“如何用對應吸附薄膜,把PLGA和PVA噴層吸附得盡量薄而均勻”,還不是輕輕鬆鬆?
這裏麵的敬畏奧義,顧轍還用告訴你金燦麽?不明白就乖乖虛心學習!邊幹邊學!
這次的項目做好之後,顧轍相信意義絕對是巨大的,不但是造出新的熔噴材料那麽簡單,關鍵是顧轍要樹立自己在“化學沉積法”,尤其是“氣相薄膜沉積法”工藝領域的學術地位。
將來等他去斯坦福讀完研、準備搞出石墨烯的時候,他才能一次性拿出足夠多的幹貨,而不僅僅是拿出一個“撕膠帶”的偶然科學發現。
顧轍要做得比曆史上那幾個陰籍露奸科學家更多更好,甚至在發現石墨烯的同時,立刻就同步做出“如何用銅離子掩膜吸附甲烷氣體中的碳原子、形成銅離子和氫離子置換、得到單層原子厚度的石墨烯”。
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畢竟顧轍的國籍是華夏,他很清楚華人拿諾貝爾物理學獎的難度比西方國家的人大多少。
西方人可以“撕膠帶”偶然發現石墨烯就拿諾貝爾獎,顧轍卻必須證明自己“不但能發現,還能提供第一代非偶然性的、不靠撕膠帶也造出石墨烯的早期實驗室科學量產法”。
如果連這都做到了,除非老外不要臉到直接掀桌子自廢諾貝爾獎、讓諾貝爾獎從此滅絕,否則他們就不得不被迫把這個諾貝爾獎給顧轍。
顧轍就喜歡這種對手不喜歡他又拿他沒辦法的情況。
而眼下這一切,隻是顧轍一盤大棋的一顆棋子而已,讓他初次樹立涉足化學沉積法領域的契機,順便還真能賺一大筆錢,看起來就非常的合理,不突兀。