脑变 第1338章 材料研究
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最理想的能源当然是曾凡的感应能力，可惜的是，他虽然能感觉到周围充斥的能量，却始终琢磨不透其中的原理，更别说广泛应用了。
物理学定义的电磁力、引力、强核力、弱核力应该都不是这种能量的来源，他的感应能力可以轻松将质子或者中子从原子核里面剥离出来，克服的是四种力中力量最大的强核力，至少现有的物理学理论无法解释。
这也从侧面也印证了这种能量可以转换成四种力，只是这种转换只能通过他的意识进行控制，还有诸多莫名的限制，这也造成了难以进行普及。
当前最通用的能量是利用电磁力的电能，最高效的电能获取方式是核裂变发电，只是工业化的核电站都要很大规模，还要有铀或者钚这样特殊的裂变物质才行。
曾凡觉得可以把他设计的那种循环衰变电池进行改进，制造一个大型能源，然后用电磁波的形式为微型机器人充电。
感觉循环衰变电池能源总量有限还不可持续，还不如用他的感应能力进行研究，设计制造出间接的大型能源。
蛮荒世界曾凡冶炼的主要能量还是来自于木炭燃烧，这种能量效率并不高，他觉得可以制造发电机，利用水车的力量发电。
以前他的微观感应能力有限，太精密的器件难以制造，还有的材料短缺，现在没有这个问题了，冶炼炉烧起来芯片他都能制造，缺少的元素他可以自己合成，电能设备当然应该先做一套出来，到时候至少可以不用经常去伐木烧炭了。
先前的冶炼积累了大量铁锭、铝锭、钛锭，还有少量的镍、铬、锰等金属，不能一直闲置，发电设备先搞出来，摆脱初级能源的依赖再说。
光有发电机还不行，还得有变压器，传输导线，电能存储设备，还得有用电设备，哪怕一台小型中频炉或者结构简单的电炉，一系列的设备不是一件两件，而是很多很多套。
不过，有了目标和方案，这些都不是问题，花费一些时间一件件都能解决掉，还可以锻炼他制造各种材料的能力。
手上做这些事情的同时，也不耽误曾凡继续思考机器人的结构设计，所用到的各种材料也都可以考虑进去。
电力设备最主要的就是各种导体和绝缘体材料，还有永磁材料，高磁通材料，半导体就不用说了，硅材料这里管够，储量比铁还多。
最优良的金属导体是银，其次是铜，可惜这两种在这里都是稀缺资源，曾凡虽然可以合成，可是毕竟要花费太多时间，有那个时间他可以合成更先进的导体材料--碳纳米管。
将碳原子按照蜂窝状呈六边形平面排列，形成的二维结构就是石墨烯，把这层石墨烯卷曲成管状，两边原子无缝衔接起来，这就是单壁碳纳米管。
单壁碳纳米管直径不到两纳米，却有着超强的性能，根据卷曲时候的角度不同，碳纳米管可以表现出半导体、导体、超导体等不同的特性，有极高的轴向导热性能，径向却可以起到很高的隔温效果。
虽然碳纳米管实现超导性能的条件很苛刻，可是导体和半导体性能就已经可以碾压人类已知的其他所有材料了。
这种材料有着不输于金刚石硬度的同时，还可以有很高的韧性，实测强度是同体积钢材近百倍，质量却只有同体积钢材不到六分之一。
更主要的是碳纳米管有着超强性能的同时，还有着接近四千度的熔点，可以在一千度以下，甚至零下接近两百度仍然能保持很高性能，这是很多金属材料都比不了的优点。
唯一的缺点就是有氧环境下，尤其是五百度以上容易氧化，不过相比那些突出的优点，这个缺点也不算什么了。
原先曾凡微观感应能力达不到，对这种奇特材料尽管很好奇却无能为力，现在有条件了，他觉得应该尝试一下。
碳纳米管的制备条件是一千两百度以下，八百度以上的温度，曾凡的微观感应能力可以像原先制备钛丝一样，制作出性能最优良的碳纳米管材料。
事实再次证明了曾凡微观感应能力的强大，工业化制备极为复杂的单壁碳纳米管，对他来说格外轻松，随着能力的增强，甚至比当初制作钛丝还轻松许多。
他只需要为单壁碳纳米管排列原子顺序起一个头，固定在钛金属棒上，保持成形温度和碳粉加入的速度没有太大波动，就可以自动化的制成碳纳米管，制取过程比他想象的还容易。
上亿根碳纳米管缠绕在一起，才能编成一股二十微米直径的细丝，也就是人类汗毛的粗细，勉强做到肉眼可见的范围。
工业化制取不可能做到这样细致的程度，在曾凡的微观感应之下，他只用几秒钟就起好了头，简陋的机械带动下可以六根钛金属棒同时制取，只需要高速旋转就行了。
有了优良的导体材料后，接下来就是电机和变压器都必不可少的铁芯材料，原先他只是在一些教材和论坛上看到的材料，知道原理后，他都想尝试一下。
铁芯材料主要性能要求高磁导率、低磁滞损耗和低涡流损耗，普通的电机铁芯都是用硅钢片做铁芯，满足条件的同时，还足够的便宜。
近些年随着材料学的发展，非晶合金、铁基纳米晶合金等非晶态材料纷纷被制备出来，这些材料表现出优异的综合磁性能，在一些高频变压器、大功率电机、开关电源变压器上面取代了硅钢片的应用，实现了更好的性能。
碳纳米管是单原子材料，制备对曾凡来说难度比较低，这种结构复杂的多原子材料对他来说就有点费工夫了。
知道材料名字和主要构成元素并不能少花多少功夫，他仍然需要一点点实验，什么样的原子排列更符合要求，可以达到最佳性能。
好在曾凡可以用感应能力控制重元素聚变，快速吸能降温，形成非晶态合金，有了方便的制备手段，差的只是实验的运气。
他的运气一向都很好，只花了十几天的时间，就摸索到了规律，找到了一种性能比较高的铁芯材料，虽然他不知道比教材上看到的那几种性能差多少，至少在这里应该够用了。
实验出材料的配比和制备方法，制造起来就不成问题了，曾凡还可以同时制备一些矿石中没有的重元素材料，比如抗氧化能力很强的金元素，可以用来做纳米管导体的涂层。
制造发电机需要的永磁材料和铁芯材料的特性有点相反，铁芯需要原子的非晶态材料，永磁材料则需要结晶的规律化，但是又不同于单晶硅那样完全规则的单晶体，而是内部形成一个个小的结晶区域，每一个区域内的原子磁矩排列一致，形成一个局部的小磁场。
这种小磁场叫做磁畴，永磁材料经过外部磁化后，磁畴可以自发地排列成某种特定的统一磁场方向，可以长时间存在，从而产生宏观上的永久磁化。
材料的磁性主要源自于原子周围的未配对电子，每个电子都有一个自旋相反的伙伴，那么这些电子的自旋磁矩会相互抵消，不会产生净磁矩，也就没有宏观上的磁性。
铁、镍和钴等过渡金属原子周围都有未配对电子，这使得它们能够表现出磁性，几乎所有永磁材料都少不了它们的成分。
可以认为控制材料内部磁畴的形成和规则分布，制造永磁材料自然就没有那么困难了，比材料构成复杂的铁芯材料相对简单一些。
永磁体是整块存在，不像铁芯材料那样要做成规则的钢片再集合到一起，工艺上就更繁琐。
导线、铁芯材料、永磁体都研制出来后，剩下的就是包裹导线的绝缘材料。
物理学定义的电磁力、引力、强核力、弱核力应该都不是这种能量的来源，他的感应能力可以轻松将质子或者中子从原子核里面剥离出来，克服的是四种力中力量最大的强核力，至少现有的物理学理论无法解释。
这也从侧面也印证了这种能量可以转换成四种力，只是这种转换只能通过他的意识进行控制，还有诸多莫名的限制，这也造成了难以进行普及。
当前最通用的能量是利用电磁力的电能，最高效的电能获取方式是核裂变发电，只是工业化的核电站都要很大规模，还要有铀或者钚这样特殊的裂变物质才行。
曾凡觉得可以把他设计的那种循环衰变电池进行改进，制造一个大型能源，然后用电磁波的形式为微型机器人充电。
感觉循环衰变电池能源总量有限还不可持续，还不如用他的感应能力进行研究，设计制造出间接的大型能源。
蛮荒世界曾凡冶炼的主要能量还是来自于木炭燃烧，这种能量效率并不高，他觉得可以制造发电机，利用水车的力量发电。
以前他的微观感应能力有限，太精密的器件难以制造，还有的材料短缺，现在没有这个问题了，冶炼炉烧起来芯片他都能制造，缺少的元素他可以自己合成，电能设备当然应该先做一套出来，到时候至少可以不用经常去伐木烧炭了。
先前的冶炼积累了大量铁锭、铝锭、钛锭，还有少量的镍、铬、锰等金属，不能一直闲置，发电设备先搞出来，摆脱初级能源的依赖再说。
光有发电机还不行，还得有变压器，传输导线，电能存储设备，还得有用电设备，哪怕一台小型中频炉或者结构简单的电炉，一系列的设备不是一件两件，而是很多很多套。
不过，有了目标和方案，这些都不是问题，花费一些时间一件件都能解决掉，还可以锻炼他制造各种材料的能力。
手上做这些事情的同时，也不耽误曾凡继续思考机器人的结构设计，所用到的各种材料也都可以考虑进去。
电力设备最主要的就是各种导体和绝缘体材料，还有永磁材料，高磁通材料，半导体就不用说了，硅材料这里管够，储量比铁还多。
最优良的金属导体是银，其次是铜，可惜这两种在这里都是稀缺资源，曾凡虽然可以合成，可是毕竟要花费太多时间，有那个时间他可以合成更先进的导体材料--碳纳米管。
将碳原子按照蜂窝状呈六边形平面排列，形成的二维结构就是石墨烯，把这层石墨烯卷曲成管状，两边原子无缝衔接起来，这就是单壁碳纳米管。
单壁碳纳米管直径不到两纳米，却有着超强的性能，根据卷曲时候的角度不同，碳纳米管可以表现出半导体、导体、超导体等不同的特性，有极高的轴向导热性能，径向却可以起到很高的隔温效果。
虽然碳纳米管实现超导性能的条件很苛刻，可是导体和半导体性能就已经可以碾压人类已知的其他所有材料了。
这种材料有着不输于金刚石硬度的同时，还可以有很高的韧性，实测强度是同体积钢材近百倍，质量却只有同体积钢材不到六分之一。
更主要的是碳纳米管有着超强性能的同时，还有着接近四千度的熔点，可以在一千度以下，甚至零下接近两百度仍然能保持很高性能，这是很多金属材料都比不了的优点。
唯一的缺点就是有氧环境下，尤其是五百度以上容易氧化，不过相比那些突出的优点，这个缺点也不算什么了。
原先曾凡微观感应能力达不到，对这种奇特材料尽管很好奇却无能为力，现在有条件了，他觉得应该尝试一下。
碳纳米管的制备条件是一千两百度以下，八百度以上的温度，曾凡的微观感应能力可以像原先制备钛丝一样，制作出性能最优良的碳纳米管材料。
事实再次证明了曾凡微观感应能力的强大，工业化制备极为复杂的单壁碳纳米管，对他来说格外轻松，随着能力的增强，甚至比当初制作钛丝还轻松许多。
他只需要为单壁碳纳米管排列原子顺序起一个头，固定在钛金属棒上，保持成形温度和碳粉加入的速度没有太大波动，就可以自动化的制成碳纳米管，制取过程比他想象的还容易。
上亿根碳纳米管缠绕在一起，才能编成一股二十微米直径的细丝，也就是人类汗毛的粗细，勉强做到肉眼可见的范围。
工业化制取不可能做到这样细致的程度，在曾凡的微观感应之下，他只用几秒钟就起好了头，简陋的机械带动下可以六根钛金属棒同时制取，只需要高速旋转就行了。
有了优良的导体材料后，接下来就是电机和变压器都必不可少的铁芯材料，原先他只是在一些教材和论坛上看到的材料，知道原理后，他都想尝试一下。
铁芯材料主要性能要求高磁导率、低磁滞损耗和低涡流损耗，普通的电机铁芯都是用硅钢片做铁芯，满足条件的同时，还足够的便宜。
近些年随着材料学的发展，非晶合金、铁基纳米晶合金等非晶态材料纷纷被制备出来，这些材料表现出优异的综合磁性能，在一些高频变压器、大功率电机、开关电源变压器上面取代了硅钢片的应用，实现了更好的性能。
碳纳米管是单原子材料，制备对曾凡来说难度比较低，这种结构复杂的多原子材料对他来说就有点费工夫了。
知道材料名字和主要构成元素并不能少花多少功夫，他仍然需要一点点实验，什么样的原子排列更符合要求，可以达到最佳性能。
好在曾凡可以用感应能力控制重元素聚变，快速吸能降温，形成非晶态合金，有了方便的制备手段，差的只是实验的运气。
他的运气一向都很好，只花了十几天的时间，就摸索到了规律，找到了一种性能比较高的铁芯材料，虽然他不知道比教材上看到的那几种性能差多少，至少在这里应该够用了。
实验出材料的配比和制备方法，制造起来就不成问题了，曾凡还可以同时制备一些矿石中没有的重元素材料，比如抗氧化能力很强的金元素，可以用来做纳米管导体的涂层。
制造发电机需要的永磁材料和铁芯材料的特性有点相反，铁芯需要原子的非晶态材料，永磁材料则需要结晶的规律化，但是又不同于单晶硅那样完全规则的单晶体，而是内部形成一个个小的结晶区域，每一个区域内的原子磁矩排列一致，形成一个局部的小磁场。
这种小磁场叫做磁畴，永磁材料经过外部磁化后，磁畴可以自发地排列成某种特定的统一磁场方向，可以长时间存在，从而产生宏观上的永久磁化。
材料的磁性主要源自于原子周围的未配对电子，每个电子都有一个自旋相反的伙伴，那么这些电子的自旋磁矩会相互抵消，不会产生净磁矩，也就没有宏观上的磁性。
铁、镍和钴等过渡金属原子周围都有未配对电子，这使得它们能够表现出磁性，几乎所有永磁材料都少不了它们的成分。
可以认为控制材料内部磁畴的形成和规则分布，制造永磁材料自然就没有那么困难了，比材料构成复杂的铁芯材料相对简单一些。
永磁体是整块存在，不像铁芯材料那样要做成规则的钢片再集合到一起，工艺上就更繁琐。
导线、铁芯材料、永磁体都研制出来后，剩下的就是包裹导线的绝缘材料。