358 科学的尽头是神学?(求订阅)
周五,许秋带着莫文琳,再次进行了IDIC样品的激子结合能测试,测试方法和昨日的ITIC样品一样,低温荧光发光实验。
第二次测试,同样是一次就成功,不过消耗的时间并没有减少太多,从早上九点多开始,一直忙活到下午六点,终于拿到了结果。
结果表明,IDIC的激子结合能为112毫电子伏特,在数值上,与ITIC的117毫电子伏特相当。
基于这两次的结果,加上之前进行的DFT模拟得到的HOMO/LUMO能级在分子上的分布图,许秋大概有了一个猜想:
“ADA非富勒烯受体材料低激子结合能的性质,或许是A-D-A这种分子结构所致。
在分子中产生的激子,正电荷会集中在D单元上,负电荷会集中在A单元上,从而导致正负电荷在分子内部便可以实现初步的拆分,降低使其完全拆分成自由电荷所需的能量,表观现象即激子结合能较低。”
这个猜想要验证的话,难度就比较大了。
想要直接证明几乎不可能,只能通过大量测试不同ADA非富勒烯受体材料的激子结合能数据,进行佐证。
其中,一旦出现一个反例,这个猜想就会被推翻,或者需要修改表述、打补丁。
这也很正常。
毕竟科学的本质,就是不断的建立理论、推翻理论、完善理论嘛。
就像最初牛顿三大定律的建立一样,在宏观、低速世界是成立的。
但到微观、高速世界就不成立了,因此后面就有了量子力学以及相对论分别进行补充,这些理论也共同构筑了近现代物理系大厦的基石。
当然,这些也都是现在的理论,或许未来还会被继续推翻、完善。
毕竟人类都是肉眼凡胎,没有X光眼,本身也没办法近光速运动,那么对于微观、高速级别的东西,就很难说的准到底是什么样子。
就算靠仪器测试,难道仪器显示的数据就一定是真的吗?
进一步,我们直接观察到的东西就一定是真的吗?
这种事情不能深想,因为想到最后,难免就会陷入无限循环的怀疑之中。
确实很多东西都无法被证明,也无法被证伪。
这或许也是外国科学家大多皈依宗教,而且还有人提出“科学的尽头就是神学”的原因。
探索的越多,越接近认知的边界,可能越觉得需要一个绝对的“造物主”来支撑这一切的存在。
周日,许秋开始着手另外一项激子扩散距离的测试。
这个测试的方法比较多,前几天,他通过检索文献,一共找到四种方法,最终选择了采用高定向热解石墨(HOPG)衬底,来测试荧光信号的方法。
原因也很简单,这个实验操作,魏兴思之前在漂亮国的时候就进行过,许秋直接复制了魏老师的技能,熟练度中规中矩吧,四阶0%,可能的原因是当时魏老师实操的次数不多,或者由于长时间不在一线进行实验,熟练度不升反降。
但不管怎么说,哪怕只有二阶三阶的熟练度,相比于其他方法,都是强很多的,毕竟许秋有系统嘛,系统影像总比参考文献上的文字说明要形象的多。
消耗若干积分后,许秋查看了五阶100%“HOPG法测试激子扩散距离”的实验操作。
操作方法看起来并不难,只需要将样品旋涂在HOPG上,然后测试不同厚度样品的荧光信号,最后进行拟合即可。
实验原理也比较简单,光电材料在收到光照后产生的激子,一旦扩散到HOPG表面上,将有99%以上的概率被淬灭,其中蕴含的能量以热量的形式被释放,而如果激子在扩散到HOPG表面之前就已经复合,那么将发出荧光信号。
换句话说,假如材料的激子扩散距离比较远,比如在100纳米以上,那么对10纳米左右的样品薄膜来说,荧光信号将几乎为0,因为激子平均能扩散100纳米,而薄膜只有10纳米,在这个过程中,激子移动到边界HOPG的位置的概率非常高,激子都被HOPG给“吃”了,自然无法产生荧光信号。
反之,如果激子扩散距离比较近,比如10纳米,那么10纳米左右的薄膜,自然是能够产生荧光信号的,此时的荧光淬灭效率大约为50%,也就是发光强度为正常强度的一半。
下午,许秋提前买好的HOPG,已经被快递送到材一2楼的门房。
HOPG指的是热解石墨是经高温处理,性能接近单晶石墨的一种新型石墨。
顾名思义,这种这种石墨是高度取向的,可以通过实验操作得到非常光滑的高导电率表面,该表面可以在扫描隧道显微镜中检查,或者用作其他正在研究的材料的衬底。
根据HOPG的镶嵌角(马赛克扩散角)的不同,可将其分为A、B、C三个等级。
A级的镶嵌角最小,通常在度左右,品质最好,也最接近单晶的性质,当然价格也最贵。
C级的镶嵌角最大,通常在度以上,品质最差,但价格最便宜。
B级的镶嵌角介于A和C之间,通常在度左右。
许秋在网上货比三家,最终找了一家国内的HOPG厂家。
他们卖的最小的尺寸是长宽高10*10*1毫米,也就是一平方厘米的面积,一毫米的高度。
这样的规格,A级的就要2000块,C级的只要700块。
如果规格更大一些,比如长宽高20*20*1毫米,A级的就要8000块,当然C级的也要4000块,如果是长宽高20*20*2毫米的,价格就要上万了。
当然,别看它规格小,买回来一小块HOPG,就可以用几十次、上百次,不然这玩意要是一次性的话,谁都用不起。
毕竟许秋测试一个体系的激子扩散距离,样品就要准备十几个。
感慨了一下科研圈的物价,许秋最终选择了最小规格的C级HOPG,先用700块的便宜货试试水呗。
理论上,他现在进行的是普通的荧光测试,主要利用的就是石墨对激子的淬灭效应,对衬底的要求应该不似扫描隧道显微镜那么高。
许秋从门房取到快递,看着快递盒,随口吐槽了一句,“这快递盒好随意,就是普通的小纸盒。”
随后,他戴好一次性PE手套,开始拆快递,里面有一个离心管,HOPG用纸包着放在内部。
拆开包装纸,到手的HOPG和之前在网上看到的描述差不多,10*10*1毫米的规格,一面是暗灰色,另一面是亮灰色。
其中暗灰色一面是反面,亮灰色的一面就是正面。
HOPG的模样很像是一枚芯片,或者早期手机里SD存储卡。
不过,许秋知道这玩意就是高纯度的碳。
石墨嘛,就是碳单质。
HOPG到手,接下来就是样品制备。
不过,在旋涂样品之前,需要对“厚厚”的HOPG表面进行剥离,得到具有新鲜的、具有光滑表面的衬底。
有一些非主流的方法,比如用镊子直接剥离,这个难度就比较大了,很容易破坏HOPG表面。
比较主流的方法是用胶布直接粘在HOPG上面,然后再撕开。
虽然这个方法相对比较安全,但许秋也没有贸然在现实中进行尝试,而是先到模拟实验室中,用3M胶布试了一番。
刚开始的时候,会出现表面不平整,或者说倒刺的现象。
在反复尝试多次后,许秋终于掌握了技巧。
那就是让胶布按压的尽量紧密、均匀一些,这样得到光滑表面的概率比较大,因为如果有部分没有被粘到,就会留在原来HOPG主体的表面上,形成倒刺。
经过剥离之后,胶布上就会有一层破碎的石墨片层,HOPG母体上则形成新鲜、光滑的表面。
这种用胶布粘的方法,听起来比较“土”,没那么高大上,不是很科研,但恰恰就是当初最早发现的石墨烯的制备方法。
2004年,大不列颠曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两位教授,用胶带粘在石墨上,然后撕下来,发现胶带上粘上了一层薄薄的石墨片。
这本没有什么新奇的,但他们突发奇想,拿着第二片胶带去粘第一片胶带上残留的石墨薄片,此时两片胶带粘在了一起,然后再把两片胶带撕开,结果发现胶带上残留的石墨片变薄了。
这时候很多人会觉得无聊,不就是撕胶带嘛,而这两位教授发现石墨片变薄后,又拿着第三块胶带来粘第二块胶带上的石墨,再用第四胶带来粘三片胶带……
就这样一次又一次的粘胶带,撕胶带,最终他们得到了薄得不能再薄的微小的石墨片,它仅仅只有一层原子的厚度。
这就是单层的石墨,也被称为石墨烯。
在单层石墨烯诞生以后,很多科学家都在积极探索能够生产更大规模和更高质量的石墨烯。
除了用胶带粘以外,现在还有很多其它的石墨烯制备方法,如微机械剥离法、化学剥离法、化学气相沉积法等。
而且,石墨烯令人惊叹的材料性质,也引起了近十多年来大量科学家的广泛研究。
最终,那两位教授也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
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第二次测试,同样是一次就成功,不过消耗的时间并没有减少太多,从早上九点多开始,一直忙活到下午六点,终于拿到了结果。
结果表明,IDIC的激子结合能为112毫电子伏特,在数值上,与ITIC的117毫电子伏特相当。
基于这两次的结果,加上之前进行的DFT模拟得到的HOMO/LUMO能级在分子上的分布图,许秋大概有了一个猜想:
“ADA非富勒烯受体材料低激子结合能的性质,或许是A-D-A这种分子结构所致。
在分子中产生的激子,正电荷会集中在D单元上,负电荷会集中在A单元上,从而导致正负电荷在分子内部便可以实现初步的拆分,降低使其完全拆分成自由电荷所需的能量,表观现象即激子结合能较低。”
这个猜想要验证的话,难度就比较大了。
想要直接证明几乎不可能,只能通过大量测试不同ADA非富勒烯受体材料的激子结合能数据,进行佐证。
其中,一旦出现一个反例,这个猜想就会被推翻,或者需要修改表述、打补丁。
这也很正常。
毕竟科学的本质,就是不断的建立理论、推翻理论、完善理论嘛。
就像最初牛顿三大定律的建立一样,在宏观、低速世界是成立的。
但到微观、高速世界就不成立了,因此后面就有了量子力学以及相对论分别进行补充,这些理论也共同构筑了近现代物理系大厦的基石。
当然,这些也都是现在的理论,或许未来还会被继续推翻、完善。
毕竟人类都是肉眼凡胎,没有X光眼,本身也没办法近光速运动,那么对于微观、高速级别的东西,就很难说的准到底是什么样子。
就算靠仪器测试,难道仪器显示的数据就一定是真的吗?
进一步,我们直接观察到的东西就一定是真的吗?
这种事情不能深想,因为想到最后,难免就会陷入无限循环的怀疑之中。
确实很多东西都无法被证明,也无法被证伪。
这或许也是外国科学家大多皈依宗教,而且还有人提出“科学的尽头就是神学”的原因。
探索的越多,越接近认知的边界,可能越觉得需要一个绝对的“造物主”来支撑这一切的存在。
周日,许秋开始着手另外一项激子扩散距离的测试。
这个测试的方法比较多,前几天,他通过检索文献,一共找到四种方法,最终选择了采用高定向热解石墨(HOPG)衬底,来测试荧光信号的方法。
原因也很简单,这个实验操作,魏兴思之前在漂亮国的时候就进行过,许秋直接复制了魏老师的技能,熟练度中规中矩吧,四阶0%,可能的原因是当时魏老师实操的次数不多,或者由于长时间不在一线进行实验,熟练度不升反降。
但不管怎么说,哪怕只有二阶三阶的熟练度,相比于其他方法,都是强很多的,毕竟许秋有系统嘛,系统影像总比参考文献上的文字说明要形象的多。
消耗若干积分后,许秋查看了五阶100%“HOPG法测试激子扩散距离”的实验操作。
操作方法看起来并不难,只需要将样品旋涂在HOPG上,然后测试不同厚度样品的荧光信号,最后进行拟合即可。
实验原理也比较简单,光电材料在收到光照后产生的激子,一旦扩散到HOPG表面上,将有99%以上的概率被淬灭,其中蕴含的能量以热量的形式被释放,而如果激子在扩散到HOPG表面之前就已经复合,那么将发出荧光信号。
换句话说,假如材料的激子扩散距离比较远,比如在100纳米以上,那么对10纳米左右的样品薄膜来说,荧光信号将几乎为0,因为激子平均能扩散100纳米,而薄膜只有10纳米,在这个过程中,激子移动到边界HOPG的位置的概率非常高,激子都被HOPG给“吃”了,自然无法产生荧光信号。
反之,如果激子扩散距离比较近,比如10纳米,那么10纳米左右的薄膜,自然是能够产生荧光信号的,此时的荧光淬灭效率大约为50%,也就是发光强度为正常强度的一半。
下午,许秋提前买好的HOPG,已经被快递送到材一2楼的门房。
HOPG指的是热解石墨是经高温处理,性能接近单晶石墨的一种新型石墨。
顾名思义,这种这种石墨是高度取向的,可以通过实验操作得到非常光滑的高导电率表面,该表面可以在扫描隧道显微镜中检查,或者用作其他正在研究的材料的衬底。
根据HOPG的镶嵌角(马赛克扩散角)的不同,可将其分为A、B、C三个等级。
A级的镶嵌角最小,通常在度左右,品质最好,也最接近单晶的性质,当然价格也最贵。
C级的镶嵌角最大,通常在度以上,品质最差,但价格最便宜。
B级的镶嵌角介于A和C之间,通常在度左右。
许秋在网上货比三家,最终找了一家国内的HOPG厂家。
他们卖的最小的尺寸是长宽高10*10*1毫米,也就是一平方厘米的面积,一毫米的高度。
这样的规格,A级的就要2000块,C级的只要700块。
如果规格更大一些,比如长宽高20*20*1毫米,A级的就要8000块,当然C级的也要4000块,如果是长宽高20*20*2毫米的,价格就要上万了。
当然,别看它规格小,买回来一小块HOPG,就可以用几十次、上百次,不然这玩意要是一次性的话,谁都用不起。
毕竟许秋测试一个体系的激子扩散距离,样品就要准备十几个。
感慨了一下科研圈的物价,许秋最终选择了最小规格的C级HOPG,先用700块的便宜货试试水呗。
理论上,他现在进行的是普通的荧光测试,主要利用的就是石墨对激子的淬灭效应,对衬底的要求应该不似扫描隧道显微镜那么高。
许秋从门房取到快递,看着快递盒,随口吐槽了一句,“这快递盒好随意,就是普通的小纸盒。”
随后,他戴好一次性PE手套,开始拆快递,里面有一个离心管,HOPG用纸包着放在内部。
拆开包装纸,到手的HOPG和之前在网上看到的描述差不多,10*10*1毫米的规格,一面是暗灰色,另一面是亮灰色。
其中暗灰色一面是反面,亮灰色的一面就是正面。
HOPG的模样很像是一枚芯片,或者早期手机里SD存储卡。
不过,许秋知道这玩意就是高纯度的碳。
石墨嘛,就是碳单质。
HOPG到手,接下来就是样品制备。
不过,在旋涂样品之前,需要对“厚厚”的HOPG表面进行剥离,得到具有新鲜的、具有光滑表面的衬底。
有一些非主流的方法,比如用镊子直接剥离,这个难度就比较大了,很容易破坏HOPG表面。
比较主流的方法是用胶布直接粘在HOPG上面,然后再撕开。
虽然这个方法相对比较安全,但许秋也没有贸然在现实中进行尝试,而是先到模拟实验室中,用3M胶布试了一番。
刚开始的时候,会出现表面不平整,或者说倒刺的现象。
在反复尝试多次后,许秋终于掌握了技巧。
那就是让胶布按压的尽量紧密、均匀一些,这样得到光滑表面的概率比较大,因为如果有部分没有被粘到,就会留在原来HOPG主体的表面上,形成倒刺。
经过剥离之后,胶布上就会有一层破碎的石墨片层,HOPG母体上则形成新鲜、光滑的表面。
这种用胶布粘的方法,听起来比较“土”,没那么高大上,不是很科研,但恰恰就是当初最早发现的石墨烯的制备方法。
2004年,大不列颠曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两位教授,用胶带粘在石墨上,然后撕下来,发现胶带上粘上了一层薄薄的石墨片。
这本没有什么新奇的,但他们突发奇想,拿着第二片胶带去粘第一片胶带上残留的石墨薄片,此时两片胶带粘在了一起,然后再把两片胶带撕开,结果发现胶带上残留的石墨片变薄了。
这时候很多人会觉得无聊,不就是撕胶带嘛,而这两位教授发现石墨片变薄后,又拿着第三块胶带来粘第二块胶带上的石墨,再用第四胶带来粘三片胶带……
就这样一次又一次的粘胶带,撕胶带,最终他们得到了薄得不能再薄的微小的石墨片,它仅仅只有一层原子的厚度。
这就是单层的石墨,也被称为石墨烯。
在单层石墨烯诞生以后,很多科学家都在积极探索能够生产更大规模和更高质量的石墨烯。
除了用胶带粘以外,现在还有很多其它的石墨烯制备方法,如微机械剥离法、化学剥离法、化学气相沉积法等。
而且,石墨烯令人惊叹的材料性质,也引起了近十多年来大量科学家的广泛研究。
最终,那两位教授也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
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