慄亞波的猜測,算是一個分子動力學,乃至於整個微觀物理領域比較常見的現象。
由於無規則熱運動的存在,單個分子在極短時間內的運動特性是無法精確預測的。
但當大量分子組成宏觀物質之後,就有了相對穩定的表觀物理特徵。
就比如剛纔常浩南提到過的分子模擬。
如果只針對一個或者十個分子,研究它或者它們在下一個晶格弛豫時間內的動作,那就算整個過程完全正確,結果也大概率跟實驗結果風馬牛不相及。
但如果把研究對象的規模和研究時間的數量級都提高一些,那即便在定量層面上還是非常離譜,往往還是能在定性層面上起到指導作用的。
不過,具體到剛剛二人探討的這個現象上面,這種解釋似乎有點牽強。
因爲10ms,對於分子運動來說,已經是一個相當漫長的“宏觀時間”了,加上研究對象也是表面附近的多層分子,應該足夠把布朗運動帶來的誤差給抵消掉。
想到這裡,常浩南重新放下了已經拎起來的公文包,回到慄亞波身後:
“我來看一下模擬結果。”
這年頭的普通PC運行速度有限,要想打開TORCH Multiphysics或者Materials Studio這類複雜程度比較高、甚至還帶有圖形界面的數值計算軟件且得等一段時間。
好在慄亞波雖然進實驗室的時間不長,但習慣很好,有每次工作結束之後整理數據的習慣。
所以很快,一份Excel數據表就呈現在了常浩南眼前。
甚至在關鍵位置還有模擬結果的截圖。
“感覺……10ms的結果也不是完全沒規律啊……”
常浩南看着眼前密密麻麻的表格,覺得好像並沒有自己想的那麼誇張,於是問道:
“你有沒有試過更短的照射時間,比如1ms的情況?”
“嗯……在軟件上面試過。”
慄亞波說着點進了Excel文件的另一個工作表中:
“不過沒辦法進行實驗對照,所以不能算是有效數據。”
“我們這臺設備是連續激光源,不支持單次小於10ms的輻照時間,說明書上說如果設定值小於5,那時間誤差會變大,而且會對激光器造成不必要的高負荷。”
“另外,根據我之前蒐集到的文獻來看,2ms或者更低的激光照射就沒辦法對CFRP板產生足夠的導熱效果了,根本實現不了有效加工。”
常浩南沒有馬上回答,而是又依序點進了另外幾個工作表。
發現果然在1000ms或者更長時間的模擬中,結果已經和實驗數據擬合的相當不錯。
當然,是物理學意義上的“不錯”。
在分子物理中,R^2值能到0.8就已經可以燒高香了,至於9開頭,甚至是幾個9的那種結果,屬於做夢都不敢想的內容。
總之,至少在熱加工方面,數值計算的精度已經比常浩南此前估計的好很多了。
那10ms和100ms的誤差突然變大,或許可以解釋爲……
當高能射線照射到材料表面時,除了熱效應之外,還有另外一種機理在同時對材料產生去除效果。
如果照射時間比較長,足夠碳纖維將熱量傳導到內部,那麼呈現在宏觀層面上的效果就是以熱效應爲主。
所以數值計算的結果擬合良好。
而當照射時間很短的時候,熱效應還來不及體現,或者來不及充分體現出來,這樣此消彼長之下,另外一種機理的效果就體現了出來。
導致根據單純熱效應進行擬合的數值計算結果開始出現偏差。
而時間越短,熱效應的成分越少,擬合結果也就越差。
合理。
非常合理。
這也是數值計算方法最主要的一個弱點。
對於原理是黑盒,或者雖然不是黑盒,但存在多種機理相互影響,又沒有一種作爲主導的過程毫無辦法。
那麼,接下來的工作就是要找到這種跟熱效應同時存在的機理。
而考慮到其在10ms量級的極短時間內就能呈現出效果,常浩南大膽推測,它很可能是一種真正意義上的瞬發作用。
也就是在每次高能射線照射在材料表面的一瞬間產生一次作用,而跟後續的照射時間無關……
“那這得搞臺新設備才行啊……”
常浩南把目光投向不遠處之外的那臺連續激光加工設備。
已知電子對晶格的弛豫時間大概是皮秒(10^-12秒)量級。
那麼要在熱效應體現出明顯效果之前,單獨觀測那種新的機理,最差也需要一種週期在納秒以下的脈衝激光器……
而考慮到實驗速度的話,最好是皮秒甚至是飛秒——
之前慄亞波也已經說過,根據過往研究,2ms以下的連續激光加工效果很差。
那就是說這種新機理的單次作用效果很差。
需要次數來堆。
而在相同時間內,皮秒激光的輻照次數將是2ms激光的5億倍……
……
大概過了十幾分鍾。常浩南總算是從自己的思緒中走出來。
然後就聽到旁邊一個略顯驚慌的聲音:
“老師,老師?”是慄亞波。
“嗯?”
常浩南轉過頭,看到自己的弟子正一臉焦急,手裡還拿着一卷衛生紙,和一杯水。
“老師,您這……”
這個時候,常浩南才意識到,自己竟然已經出了一身的汗。
襯衫都粘到皮膚上了。
顯然是經過了一番高強度的散熱。
“哦……剛剛想了點事情。”
常浩南接過衛生紙,扯下幾塊給自己擦了擦。
他很快想起,之前自己理論水平晉升到LV4的時候,系統曾經提醒過,當研究一個能力範圍內的未知現象時,將會有一定概率可以看破其本質。
現在回想起來,剛纔那一波突如其來的靈感,應該就是這個“一定概率”恰好發揮了作用。
超神了簡直是。
“亞波啊。”
常浩南做了幾個深呼吸,又喝了口水,讓自己能稍微平靜下來:
“我覺得,激光燒蝕的熱效應機理這塊,真的可以寫篇文章出來。”
這功夫激光加工應該算是個材料學領域的熱門方向,只不過研究焦點都聚焦在熱效應方面。
而剛剛常浩南推測出的那個機理,即便不是他首創,至少也沒有得到過廣泛關注。
既然這樣,那不如順水推舟。
讓大家繼續在熱效應這個方向多走一段路。
就算以後有人發現了這裡面的奧秘,那也說不出什麼——
我又沒數據造假,只是揭示了激光熱效應的機理而已。
你還能怪我研究得過於深入不成?
稍作停頓之後,常浩南又繼續道:
“雖然你現在的數據量還有點小,但我覺得後面可以加入不同波長、不同激光束入射方式、不同氣體環境對加工效果的影響,再從微觀機理上解釋一下造成這種影響的原因,比如環氧樹脂分子對不同波長激光的吸收率肯定不一樣。”
“還有CFPR分子之間的化學鍵能,應該正好處在可見光的能量範圍內,所以紅外入射肯定沒辦法直接斷鍵,只能通過光熱效應促成熱融化……”
這一次,他並沒有激活那個被動技能。
估計身體狀況也不支持短時間內頻繁激活。
畢竟剛纔那個出汗量,確實有點不正常。
不過問題不大。
對於現在的常浩南來說,材料學,要想水一篇論文,哪怕是高水平論文,只要資金充足,難度也並不算大。
更何況這裡面還是有真材實料的。
只是方向出現了點偏差而已。
旁邊的慄亞波則拿着一個小本本,邊聽邊記。
“當然,我說的也只是剛剛想到的幾個思路,你可以再擴充一些,最好能提出一個數學上的模型。”
常浩南放下紙杯:
“能做好的話,說不準就是一篇Nature。”
“啊?”
慄亞波停筆,擡起頭:
“真發Nature啊?”
“你也要畢業的嘛。”
常浩南笑了笑:
“一篇Nature,怎麼都夠了。”
“畢業……”
慄亞波一陣恍惚。
他才本科畢業一個月而已,怎麼就已經開始考慮研究生畢業的事情了……
“我的意思是……您之前不是說咱們有個正在籌建的國內期刊麼?您當主編的。”
“你說JCAS啊……”
常浩南迴答道:
“等那個正式辦起來,你這文章估計早發出去了。”
“再說,我當主編,你往上面發文章……還是得避避嫌吧……”
實際上,這兩個理由當然不能說是假的。
只不過,還有更重要的原因……
發Nature的影響力更大,更容易把後面的同行也帶到熱效應的方向上去。
只是這種操作,慄亞波暫時還不需要知道……