大國院士 第二百三十九章化學(xué)的未來

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

其化學(xué)分子式是‘C3H4O3’，室溫時為結(jié)晶固體，但當(dāng)溫度大于35℃時則變成透明無色液體。是一種性能優(yōu)良的有機(jī)溶劑，可溶解多種聚合物。用于化肥、纖維、制藥及有機(jī)合成等行業(yè)。

作為一名材料科研人員，徐川對于碳酸乙烯這種化合物有著一些了解，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，而碳酸乙烯屬于化學(xué)材料的范疇。

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

萬物相生相克，材料也一樣。

不同的材料有著不同的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，分子與分子之間的交融，在無序中尋找有序，在紛繁復(fù)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(jiān)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(xì)看，它在看似不動中永動。

這正是材料學(xué)的魅力。

“碳酸乙烯：分子式為C3H4O3，分子結(jié)構(gòu)中摩爾折射率為17.17，表面張力為37.3，偶極距為102?cm3，極化率6.80.....”

“氫鍵供體數(shù)量:0、氫鍵受體數(shù)量:3、可旋轉(zhuǎn)化學(xué)鍵數(shù)量:0、互變異構(gòu)體數(shù)量:無、拓?fù)浞肿訕O性表面積35.5、共價鍵單元數(shù)量:1”

“能與40℃以上的熱水、醇、苯、氯彷、乙酸乙酯、乙酸等物品混溶。在干燥的醚、二硫化碳、四氯化碳、石油醚等中難溶”

實(shí)驗(yàn)室中，徐川一點(diǎn)一點(diǎn)的將有關(guān)于的碳酸乙烯的資料全都羅列出來。

無論是它的化學(xué)物理性質(zhì)，亦或者是以往的各種研究。

這些東西對于尋找控制碳酸乙烯的材料有著很大的幫助。

其實(shí)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(xué)研究員幫忙。

以那些常年沉浸于此道的化學(xué)材料研究員來說，找出數(shù)種符合要求的材料并不是什么太難的事情。

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

正如此其他人猜測他研發(fā)抗核輻射材料和鋰電池材料依靠的是強(qiáng)大的數(shù)學(xué)能力一樣。

只有他自己才知道并不是。

而今天，徐川想的就是踏出這一步，利用數(shù)學(xué)來幫助自己完成這項(xiàng)工作。

對于化學(xué)反應(yīng)來說，在課本上是一行行的化學(xué)公式變換，在實(shí)驗(yàn)室中，是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。

比如氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是原子核外電子的得失，原子本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

而復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)是原子重排，即多個原子的排列組合方式發(fā)生變化。

但實(shí)際上，它更深層的本質(zhì)，是電子云的流動。

判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否能發(fā)生，要從熱力學(xué)、動力學(xué)、焓變、熵變、自由能（Gibbs自由能）、活化能等各方面來確認(rèn)。

其實(shí)嚴(yán)格來說，目前化學(xué)的發(fā)展并不完善。

因?yàn)槲覀兒芏鄷r候就連最簡單的化學(xué)反應(yīng)都沒法用理論解釋清楚，所以很多理論都是唯象的。

如果循著化學(xué)的解釋鏈回朔，最終還是會歸于物理學(xué)的解釋上。

因此物理學(xué)才是自然科學(xué)中最基礎(chǔ)的學(xué)科（數(shù)學(xué)不是自然學(xué)科！）。

很多人誤以為化學(xué)才是最基礎(chǔ)的，是因?yàn)橄窕瘜W(xué)鍵本質(zhì)上說一種電性作用，屬于四大基本力中的電磁相互作用?；瘜W(xué)反應(yīng)的進(jìn)行也跟分子的運(yùn)動，碰撞有關(guān)。

當(dāng)然，化學(xué)的潛力很深，有著深挖的巨大價值。

而如果從化學(xué)的深層本質(zhì)來看，數(shù)學(xué)毫無疑問是可以應(yīng)用上的。

比如最常見的化學(xué)反應(yīng)速率，就可以通過微積分方程來描述。數(shù)學(xué)方程可以使用數(shù)值方法求解，以確定反應(yīng)速率常數(shù)和其他參數(shù)。

比如使用波函數(shù)理論、群論等來描述電子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制。

亦或者分子動力學(xué)模擬，通過一種計算機(jī)數(shù)學(xué)來彷真研究物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律。涉及到大量微積分、概率統(tǒng)計以及優(yōu)化算法等方面的知識。

此外，還有熱力學(xué)、分析化學(xué)等各方面的東西，都可以通過數(shù)學(xué)來進(jìn)行。

從理論上來說，如果知曉了需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的材料相關(guān)信息與條件，是完全可以通過數(shù)學(xué)來模擬整個反應(yīng)的全過程的。

這聽起來很不可思議，但理論可行。

當(dāng)然，實(shí)際上這是一件不可能的事情，至少現(xiàn)在是不可能的。

而徐川想做的，就是朝著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(yàn)?zāi)繕?biāo)。

“考慮電解液使用的高分子溶劑和正負(fù)極材料，用于控制碳酸乙烯的添加劑的可選范圍并不算很多。”

“堿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(yīng)后生成各種對電池有害的物質(zhì)，腐蝕正負(fù)極不說，還無法循環(huán)?！?p/> “那么剩下的可選性并不算很多，酮類、氟化類、環(huán)類部分材料可以考慮進(jìn)行?！?p/> “再根據(jù)可逆性條件進(jìn)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?！?p/> “不過酮類的范圍還是太大了，得收縮一下”

實(shí)驗(yàn)室中，徐川一個人喃喃自語個不停，手中的圓珠筆也在A4稿紙上不斷的記錄著一項(xiàng)項(xiàng)的數(shù)據(jù)。

他在依據(jù)一些基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)來先對可用添加劑做一個大致的篩選，然后再來通過數(shù)學(xué)進(jìn)行反應(yīng)模擬和挑選。

這是條很有挑戰(zhàn)的路，雖然并非無人踏及，但開拓的并不深；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(jìn)。

好在，他從來都不缺少探索和直面困難的勇氣。

實(shí)驗(yàn)室中，徐川不斷的完善著自己的理論與數(shù)據(jù)。

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(jìn)行中。

時間一眨眼就過去了五六天。

當(dāng)徐川依舊還在尋找適合的材料時，川海材料實(shí)驗(yàn)室這邊的測試已經(jīng)基本都做完了。

“樊主管，這是這些天的實(shí)驗(yàn)和測試數(shù)據(jù)，從這些天的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)的67.3左右是最合適的一個數(shù)字。”

實(shí)驗(yàn)室中，原本負(fù)責(zé)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(diǎn)了點(diǎn)頭，伸手接過：“辛苦你們了?！?p/> 于振搖了搖頭，回道：“說來慚愧，這次有關(guān)鋰電池材料的研發(fā)，我們根本就沒起到什么作用。”

“從最開始的理論和實(shí)驗(yàn)過程，到后面人工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(fā)現(xiàn)，全都是老板搞定的。”

“我們只不過是按照他的要求進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)罷了，這種實(shí)驗(yàn)，隨便換一個做過鋰電池實(shí)驗(yàn)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(tài)，以二十一歲的年齡同時拿到數(shù)學(xué)界和物理界的最高榮耀，這已經(jīng)不是和我們一個世界的人了?！?p/> “相信無論在哪一個行業(yè)領(lǐng)域，他都能展現(xiàn)最可怕的能力。”

頓了頓，樊鵬越接著道：“你知道嗎？我曾經(jīng)還在讀博的時候，跟隨我的導(dǎo)師做一個二硒化鎢材料項(xiàng)目，遇到了一個難題，差點(diǎn)讓我的導(dǎo)師放棄那個項(xiàng)目。”

“后面這位小師弟不僅幫忙搞定了這個難題，還利用數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)了難題的根本原因，并找出了解決辦法?！?p/> “而那一個項(xiàng)目，出的成果價值幾十億米金！”

“更關(guān)鍵的是，當(dāng)時他還在讀大一?！?p/> 聽到這話，于振倒吸了口涼氣。

樊鵬越的導(dǎo)師是誰，他是知道的。

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

不僅僅是他們的老板，眼前的這位空降的主管其實(shí)也不差。一位科學(xué)院院士的弟子，這人際關(guān)系和地位，不是他們這些人能比的。

而一位院士都差點(diǎn)放棄的項(xiàng)目，想必遇到的難題是致命的。

盡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(jìn)一個成果價值幾十億米金的項(xiàng)目，還能解決致命的難題。

這天賦，已經(jīng)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(xué)術(shù)界最權(quán)威的兩個獎項(xiàng)。

雖然震驚，不過這份數(shù)學(xué)能力也讓于振有些好奇。

他忍不住問道：“你說，數(shù)學(xué)學(xué)的好，真就那么厲害嗎？材料這種很難應(yīng)用上的數(shù)學(xué)的領(lǐng)域，也能通過數(shù)學(xué)解決？”

聽到這個問題，樊鵬越沉默了一下，想了想后，有些迷茫的回道：“不知道?；蛟S對他而言是的？”

頓了頓，他又謹(jǐn)慎的補(bǔ)了一句：“不過我從未在其他數(shù)學(xué)教授上看到過這種層次的數(shù)學(xué)應(yīng)用?！?p/> “可能他比較特別吧?！?p/> 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著。

盯著稿紙上的數(shù)據(jù)，徐川陷入了沉思。

“從數(shù)據(jù)來看，甲乙酮是種還不錯選擇，按照化學(xué)性質(zhì)進(jìn)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于它可以與Li通過溶劑化作用形成緊密有序的LiEC溶劑化構(gòu)型，從而使含EC的電解液在循環(huán)過程中更為穩(wěn)定?！?p/> “而由于‘Li碳酸乙烯溶劑’構(gòu)型相較于其他溶劑化鋰離子，如碳酸甲乙酯等材料來說具有更高的穩(wěn)定性，因而在電解液中添加‘Li碳酸乙烯溶劑’組分后，可以明顯改善電池的循環(huán)性能和電壓極化現(xiàn)象?！?p/> “這不僅提高電解液的穩(wěn)定性，同時，碳酸乙烯酯的還原產(chǎn)物有助于形成穩(wěn)定的固體電解液界面膜，使得電解液在循環(huán)過程中更為穩(wěn)定。”

“而甲乙酮能在里面，通過鋰離子沉積/脫出行為，從而在一定程度上削弱負(fù)極的析鋰現(xiàn)象?！?p/> “至于具體情況還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，畢竟推算的數(shù)據(jù)和實(shí)際應(yīng)用肯定有一些差別?！?p/> 想著，徐川又搖了搖頭，看著桌上的稿紙長舒了口氣。

這些天來，他放掉了其他的項(xiàng)目，集中精力研究這個問題，要說進(jìn)度，的確有一些進(jìn)度，但不多。

截止到現(xiàn)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(xué)反應(yīng)中可能會產(chǎn)生的各種連帶現(xiàn)象。這些東西計算起來能累死個人。

“或許，我應(yīng)該弄個數(shù)學(xué)模型出來？”

腦海中，徐川將想法轉(zhuǎn)到了另一方面。

一個數(shù)學(xué)模型，雖然不能準(zhǔn)確地預(yù)測未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的材料樣品的各項(xiàng)性能以及可能誕生的化學(xué)連帶現(xiàn)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(shí)驗(yàn)范圍什么的。

很早之前，他還在大一的時候，就為他的導(dǎo)師陳正平做過一個有關(guān)二硒化鎢材料項(xiàng)目的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而迅速幫忙找到了實(shí)驗(yàn)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(fā)過程中，一個數(shù)學(xué)模型的作用還是很大的。

只是，他現(xiàn)在根本就沒那么多的時間去做這個東西。

針對化學(xué)材料研究的數(shù)學(xué)模型，要做出來應(yīng)該可以，但難度方面，絕對比他以前給導(dǎo)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(xiàng)目那個，針對僅僅是一種材料而已，即便是有還原劑、溫度、氣壓什么的條件，也不算很復(fù)雜。

但化學(xué)這個不同的，這種針對化學(xué)材料探索的數(shù)學(xué)模型，復(fù)雜度簡直突破天際了。

哪怕是他帶上一個十幾人的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行編寫，可能也需要好幾個月的時間。

當(dāng)然，如果成功的話，可以給他以后的化學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來極大的便利。