غشاء تبادل جزيئي مسامي قائم على السيليكون 959
في الواقع كان تشين يوشان مخطئاً هذه المرة.
بعد عودة لو شوه إلى جينلينغ كان يخطط لرحلة أخرى ، ولم يكن يرغب بمغادرة منزله حتى يُحلّ فرضية ريمان. و مع ذلك كانت مسؤولياته كبيرة جداً.
اتصل به يانغ شيو ، مدير معهد المواد الحاسوبية ، طلبا للمساعدة.
تحدث عن مشروع بطارية الليثيوم الهوائية الذي تم إنشاؤه قبل بضع سنوات.
تتفاجأ لو شوه تماماً. فحتى نهاية العام الماضي ، أظهرت تقارير معهد المواد الحاسوبية إحراز تقدم ملحوظ في أبحاث بطاريات الليثيوم الهوائية.
ومع ذلك يبدو أن كل شيء كان يسير نحو الأسوأ هذا العام ؟
أخذ وانغ بينج لو شوه إلى معهد الدراسات المتقدمة ، وفي اللحظة التي دخل فيها لو شوه إلى المختبر ، أمسك يانغ شو بذراعه وبكى طلباً للمساعدة.
"أرجوك ساعدني! لا أستطيع... فعل هذا بعد الآن! "
اصمت ، تكلم بأدب. و أنا هنا. ليس الأمر كما لو كنت على فراش الموت ، أخبرني ما بك ، وسأحاول مساعدتك...
لقد صدم لو شو من الحالة العقلية لـ يانغ شو.
بعد أن أصبح مديراً لمعهد المواد الحاسوبية ، قاد العديد من المشاريع الناجحة وحل العديد من مشاكل أبحاث علوم المواد.
لم يكن من غير المعتاد لشخص مثله كان في طليعة البحث العلمي ، أن يواجه مشاكل صعبة ، لكن هذه المرة كان الأمر مختلفاً...
بصراحة كان لو شوه فضولياً بشأن نوع المشكلة التي يمكن أن تعذب هذا الرجل إلى هذا المستوى.
يانغ شو "هل تتذكر غشاء التبادل الجزيئي المصنوع من السيليكون المسامي الذي ذكرته في تقرير تقدم البحث منذ فترة ؟ "
فكر لو شوه في التقرير وأومأ برأسه.
"أعتقد ذلك. "
تنهد يانغ شو وقال "حسناً ، وفقاً لتحليلنا التجريبي ، وجدنا أنه عند وضع هذا النوع من مادة السيليكون المسامية تحت فرق ضغط معين ، تنقل جزيئات الغاز من الجانب عالي الضغط ببطء جزيئات ذات قطر محدد إلى الجانب منخفض الضغط. تابع فريق مشروعنا هذا البحث على الفور وصنع غشاء تبادل قادراً على فرز جزيئات الغاز في نطاق قطر يتراوح بين 3.4 و3.5 أمبير. "
لو شوه "أليس هذا شيئاً جيداً ؟ "
كان قطر جزيء الأكسجين 3.46 أمبير ، وهو ما يقع ضمن هذا النطاق. ورغم أن قطر جزيئات غاز الأرجون يبلغ 3.4 أمبير ، وهو أيضاً ضمن نطاق الفحص إلا أن الأرجون نادر الوجود في الطبيعة ، لذا لم يكن له تأثير يُذكر.
"هذا ليس جيداً على الإطلاق. " عبس يانغ شو وهز رأسه. ثم قال "الحدود العليا والسفلى لنطاق الفحص غير ثابتة و تتغير بتغير الضغط... هل تفهم ما أحاول قوله ؟ "
كان لدى لو شو تعبيراً عن الإدراك.
"أوه ، أرى ، أرى أين تكمن المشكلة. "
في الأساس كان غشاء التبادل الجزيئي المسامي المصنوع من السيليكون أشبه بشبكة صيد مرنة. كلما تمددت شبكة الصيد ، اتسعت ثقوبها...
لذلك كان الحل الوحيد هو الحفاظ على ضغط الهواء ثابتاً على كلا الجانبين ، لضمان مرور جزيئات الأكسجين فقط عبر الغشاء...
ولكن كان من الواضح أن هذا مستحيل.
وأوضح يانغ شيو أن نطاق الفحص يتغير خطياً مع اختلاف الضغط بين الجانبين.
انسي التكاليف الفنية للحفاظ على ضغط الهواء عند هذا المستوى الدقيق ، فمن وجهة نظر السلامة كان من الخطير السماح بحدوث تفاعل الأكسدة والاختزال في مستويات الأكسجين غير المستقرة.
لم يكن معدن الليثيوم مجرد مزحة ، بل كان من الممكن أن ينفجر تلقائياً في أي وقت!
لو كان هناك أي قدر من التلوث ، لكانوا قد وضعوا قنبلة بين أيديهم.
"لقد علقنا هنا لمدة نصف عام. " هز يانغ شو رأسه وقال "لقد حاولنا كل ما في وسعنا. "
فكر لو شوه للحظة ثم قال "هل لديكم أي محاكاة ؟ دعوني أراها. "
"اتبعني. "
سار يانغ شو بجوار جهاز كمبيوتر ونقر على الفأرة. و بعد ذلك بوقت قصير ، عُرضت صورة تركيبية ثلاثية الأبعاد لغشاء تبادل جزيئي قائم على السيليكون ذو بنية شبكية مسامية على الشاشة أمام لو شوه.
وأشار يانغ شو إلى الصورة على الشاشة وتحدث.
"لقد حاولنا زيادة الضغط السطحي على أحد جانبي غشاء التبادل ، مما يتسبب في مرور جزيئات ذات قطر معين عبر غشاء التبادل الجزيئي بمعدل ثابت... "
نقر يانغ شو على الفأر مرة أخرى.
ظهرت نقاط خضراء وحمراء على جوانب غشاء التبادل الجزيئي ، وبدأت تتجمع باتجاه سطح الغشاء.
عندما يصل ضغط سطح الغشاء إلى المستوى A ، تبدأ جزيئات الأكسجين بالتحرك عبر غشاء التبادل الجزيئي ، إلى حجرة تبادل غازات بطارية الليثيوم-الهواء. ولكن مع استمرار ارتفاع ضغط السطح ، مما يزيد من فرق الضغط ، يبدأ النيتروجين أيضاً بالمرور عبر غشاء التبادل...
"ومع ذلك وبينما يتغير فرق الضغط من أ إلى بـ ، فإن كمية كبيرة من جزيئات النيتروجين قد اخترقت بالفعل الغشاء ببطء. "
كانت النقاط الحمراء على الشاشة ، والتي تمثل جزيئات النيتروجين ، قد مرت عبر غشاء التبادل ، واتصلت بأنود الليثيوم.
نظر لو شوه إلى العرض التوضيحي لبرمجيات يانغ شو وكان لديه نظرة كريمة على وجهه.
بعد العرض ، تنهد يانغ شو وجلس على كرسي الكمبيوتر.
لقد وجدنا حلولاً لجزيئات الماء ، وثاني أكسيد الكربون ، وحتى جزيئات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت. و لكن النيتروجين... معقدٌ للغاية. إنها كمجموعة ذباب ، يستحيل الإمساك بها.
على الرغم من إمكانية استخدام النيتروجين كغاز وقائي في معظم الحالات ، مثل صناعة الأغذية إلا أنه لم يكن مناسباً لبطاريات الليثيوم الهوائية. ويعود ذلك أساساً إلى تفاعل النيتروجين مع الليثيوم ، مُكوّناً لي3ن.
إذا تسرب غاز النيتروجين إلى نظام الدورة الدموية للبطارية الهوائية الليثيوم ، فسوف يتم تدمير البطارية بأكملها خلال دورات قليلة.
كان سبب صعوبة إنتاج بطاريات الليثيوم الهوائية هو تفاعل الليثيوم الشديد ، فكانت كمية الشوائب التي يجب التخلص منها عالية جداً.
في الماضي ، حاول مختبر ألمادن الشهير التابع لشركة آي بي إم إجراء أبحاث على بطاريات الليثيوم الهوائية. حتى أنهم استخدموا تقنيةً حاسوبيةً موزعةً ، حيث وضعوا كل ذرة أكسجين بدقة في أنود الليثيوم...
النتيجة النهائية كانت واضحة: لقد فشلوا فشلاً ذريعاً.
حتى شركة يبم الغنية والقوية اضطرت إلى وقف هذا المشروع المدمر للأموال.
على الرغم من أن معهد المواد الحاسوبية قد حقق قدراً من النجاح في أبحاثه إلا أنه إذا لم يتمكن من التخلص من الشوائب الموجودة في الغاز ، فإن أبحاثه ستصبح عديمة الفائدة تماماً.
قبل طلب المساعدة من لو شو كان يانغ شو وفريق مشروع بطاريات الليثيوم الهوائية عالقين في هذا المأزق لمدة نصف عام. لم يتمكنوا من إحراز أي تقدم.
أدرك يانغ شو أنه إذا لم يتمكن من حل هذه المشكلة بنفسه ، فلن يتمكن أي شخص آخر في معهد الدراسات المتقدمة من ذلك باستثناء والد علم المواد الحسابية - البروفيسور لو.
ومع ذلك على الرغم من أن لو شوه كان واثقاً من قدراته الخاصة إلا أنه لم يكن قادراً على إيجاد حل.
فكّر طويلاً ثم قال "سأنظر. إن وجدتُ شيئاً ، فسأخبرك ".
عندما رأى أن حتى لو شو لم يكن قادراً على التفكير في حل ، فقد يانغ شو الأمل تدريجياً.
"... شكراً لك. "
وفي أسوأ الأحوال كان عليه أن يتخلى عن هذا الطريق التقني ويبدأ في البحث عن اتجاهات أخرى.
لم يدرك لو شو مدى يأس يانغ شو ، لذلك ابتسم بشكل محرج وتحدث.
"على الرحب والسعة... "
قد تصل قيمة هذا المشروع البحثي إلى مليارات أو حتى ترايليونات!
لستُ مهتماً بالمال ، لكن هذا المشروع البحثي قيّم. يستحق المحاولة.
