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化废为宝


也许是因为经过几天的辛苦终于取得了初步的成功,也或许是因为终于可以有人和自己分享成功的喜悦,慧璇今天的话语比二人都多了很多倍,哲璠二人除了偶尔提问就只有洗耳恭听的份儿,慧璇算是把前些天没说的话都补回来了。

话语间,她提到,人类虽然发展到了21世纪,但制造和工艺水平仍然在很大程度上限制了人类社会发展的速度,因为制造和工艺精度低,所以机器设备在体积、结构上都存在大量的冗余,这样就造成了很大的材料和能源上的浪费,也大大降低了产品精度和工作效率。

然而有了纳米制造技术的帮助,就可以极大程度地提高产品精度和工作效率。正是看到这一点,所以她早就着手于对纳米技术的研究和实验,在遇到哲璠二人之前,她在这方面的研究已经有了可喜的进展,今天看来这些研究终于开始开花结果了。

其实,纳米技术作为一项高端科技,很多难点都还在试验和攻关阶段,对一般的科学家来说,纵使花费一生如果能有一两项关键成果问世,已算安慰了。但对于天赋异禀、学富五车的慧璇来说,可能每周都会有惊人的进展,她所设计的东西也充满智慧,远远胜于一般的科学家,所以现在的纳米试验才会屡屡一蹴而就。只不过,为了隐瞒身世,这些成果从不会公布给世人,也只有她自己知道而已。

慧璇在吃着早餐的同时,又继续向天瑾二人介绍:“我在设计纳米机器人的时候,就考虑了他的原材料来源和加工原理的问题。我希望构成纳米机器人的材料应该是自然界普遍存在或者容易获取的,这就让我自然想到了碳和硅,这是两种大自然含量超大,性质特殊,而又无处不在的材料,就像院子里那些我随手捡到的石头和泥土一样。”

“你们知道,很多矿物都是从各种石头和土壤中来的。只不过,考虑到加工工艺和成本,一般都会选择品位较高的特殊矿石加以提炼,否则就得不偿失,所以就没人会注意一般的石头和土壤。但实际上,从成分上来讲,一般的石头和土壤的构成都很复杂,包含了多种元素。比如,多数石头的主要成分是碳酸钙,同时也夹杂着铁、钴等金属,还有各种稀土元素,同时也有大量二氧化硅。土壤也同样是含碳丰富,成分繁多。在第一天的时候,这里面包含了很多制造纳米机器人和建筑所必须的材料,其中有几样比较关键的。”

“一个是石墨烯。我设计的纳米机器人之所以会有极高效率的太阳能转换和存储能力,就是因为采用了一种以碳纳米管为基础的复杂结构,而卷成管状的石墨烯就是碳纳米管,而石墨烯就是一个碳原子厚度的石墨层,可以被纳米机器人直接从石墨上轻松剥离开来。”

“在一般工艺下制造碳纳米管需要很繁复的工艺和苛刻的条件,以及高温高压等要求,但因为多数石头中都含有天然石墨,其中所能产生的石墨烯的尺寸和数量足够制造首批纳米机器人所用。”

“之后,若干纳米机器人会自动组合,构成一个微型的分子分解机,里面有合适的物理和化学环境,再就近自动选用合适的原材料和催化剂,最后再以高能激光分解出碳原子以及其它原子级材料。而另一类纳米机器人也以类似的方式将碳原子再焊接成石墨烯。”

“在一般提炼工艺下,能源利用率总体也只有10%左右,剩下的都变成热量等形式散失了。但蚂蚁大军可以精准地对每个分子或晶体进行激光加工,所耗费的能量正好是破坏分子或晶体所需要的能量,几乎没有能量的浪费。这样,蚂蚁军团只需要耗费很少的时间和能源就可以利用最普通的石头和土壤精准地加工出加工新的纳米机器人所需的碳纳米管,并且结构完美。”

“再有就是稀有金属和稀土元素。这些是纳米机器人构成的必要材料,尤其是他的控制机构和激光器所需要。”

“二氧化硅,是构成陶瓷和玻璃的主要原料,硅是优良的半导体材料。和碳基材料一样,蚂蚁军团同样可以很容易地完成提纯和加工任务。“

“总之,这些纳米机器人可以利用这些最常见的石头和土壤进行自我复制和多种加工。虽然不是万能,但起码大大解放了我自己,以后不用什么活都自己干了,我现在就要去睡一觉,把前几天的补回来。“说罢,慧璇就回到自己房间睡觉去了。