Предположение Курта Ябо — довольно распространённое явление в молекулярной динамике и даже во всей области микрофизики.
Из-за существования беспорядочного теплового движения невозможно точно предсказать характеристики движения отдельной молекулы в очень короткий промежуток времени.
Но когда большое количество молекул образует макроскопическое вещество, оно приобретает относительно стабильные видимые физические характеристики.
Например, как в случае с молекулярным моделированием, о котором только что упоминал Чан Хаонань.
Если исследовать только одну или десять молекул, изучая их движение в течение следующего времени релаксации решётки, то даже если весь процесс будет абсолютно правильным, результат, скорее всего, не будет иметь ничего общего с результатами эксперимента.
Но если увеличить масштаб объекта исследования и продолжительность исследования на несколько порядков, то, даже если на количественном уровне всё ещё будет очень далеко от истины, на качественном уровне это часто может служить руководством.
Однако, если говорить конкретно о явлении, которое только что обсуждали двое, это объяснение кажется немного натянутым.
Поскольку 10 мс — это уже довольно продолжительное «макроскопическое время» для движения молекул, к тому же объектом исследования являются многослойные молекулы вблизи поверхности, этого должно быть достаточно, чтобы компенсировать ошибку, вызванную броуновским движением.
Подумав об этом, Чан Хаонань снова поставил портфель, который уже было взял в руки, и вернулся за спину Курта Ябо:
— Дай-ка я посмотрю на результаты моделирования.
В те годы скорость работы обычных ПК была ограничена, и чтобы открыть TORCH Multiphysics или Materials Studio, довольно сложные программы для численных расчётов, да ещё и с графическим интерфейсом, требовалось некоторое время.
К счастью, хотя Курт Ябо и недолго проработал в лаборатории, у него была хорошая привычка — приводить в порядок данные после каждой рабочей сессии.
Поэтому вскоре перед Чан Хаонанем предстала таблица данных Excel.
В ключевых местах были даже скриншоты результатов моделирования.
— Кажется… результаты для 10 мс не совсем уж беспорядочные…
Чан Хаонань, глядя на таблицу, заполненную данными, подумал, что всё не так уж плохо, как ему казалось, и спросил:
— Ты пробовал более короткое время облучения, например, 1 мс?
— Хм… пробовал в программе.
С этими словами Курт Ябо перешёл на другой лист файла Excel:
— Но нет возможности провести экспериментальное сравнение, поэтому эти данные нельзя считать достоверными.
— Наше оборудование — это источник непрерывного лазерного излучения, оно не поддерживает однократное облучение продолжительностью менее 10 мс. В инструкции сказано, что если установить значение меньше 5, то погрешность времени увеличится, и это приведёт к ненужной высокой нагрузке на лазер.
— Кроме того, судя по литературе, которую я собрал ранее, лазерное облучение продолжительностью 2 мс или меньше не может обеспечить достаточный теплопроводящий эффект для пластины CFRP, и эффективная обработка просто невозможна.
Чан Хаонань не ответил сразу, а по очереди перешёл на несколько других листов.
И действительно обнаружил, что при моделировании продолжительностью 1000 мс или более результаты уже довольно хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Конечно, «хорошо» в физическом смысле.
В молекулярной физике значение R^2, равное 0,8, — это уже повод для радости, а о значениях, начинающихся с 9, или даже с нескольких 9, можно только мечтать.
В общем, по крайней мере, в области термической обработки точность численных расчётов оказалась намного выше, чем предполагал Чан Хаонань.
А внезапное увеличение погрешности при 10 мс и 100 мс, возможно, можно объяснить так…
Когда высокоэнергетический луч падает на поверхность материала, помимо теплового эффекта, существует ещё один механизм, который одновременно удаляет материал.
Если время облучения достаточно велико, чтобы углеродное волокно передало тепло внутрь, то на макроскопическом уровне преобладает тепловой эффект.
Поэтому результаты численных расчётов хорошо согласуются.
А когда время облучения очень короткое, тепловой эффект не успевает проявиться или не успевает проявиться в полной мере, и в результате этого проявляется эффект другого механизма.
Это приводит к тому, что результаты численных расчётов, основанные на простом тепловом эффекте, начинают отклоняться.
И чем короче время, тем меньше составляющая теплового эффекта, и тем хуже результаты моделирования.
Разумно.
Очень разумно.
Это и есть один из главных недостатков методов численных расчётов.
Они бессильны перед процессами, принцип действия которых является чёрным ящиком, или, даже если и не чёрным ящиком, но существует множество взаимосвязанных механизмов, и ни один из них не является доминирующим.
Итак, следующая задача — найти этот механизм, который существует одновременно с тепловым эффектом.
И, учитывая, что он проявляется за очень короткое время порядка 10 мс, Чан Хаонань смело предположил, что это, скорее всего, действительно мгновенное воздействие.
То есть оно возникает в момент попадания высокоэнергетического луча на поверхность материала и не зависит от последующего времени облучения…
— Так для этого нужно новое оборудование…
Чан Хаонань бросил взгляд на стоящее неподалёку оборудование для непрерывной лазерной обработки.
Известно, что время релаксации электронов в решётке составляет порядка пикосекунд (10^-12 секунд).
Значит, чтобы наблюдать новый механизм отдельно, до того, как тепловой эффект станет заметным, нужен импульсный лазер с периодом не более наносекунд…
А учитывая скорость проведения экспериментов, лучше всего пикосекундный или даже фемтосекундный —
Ранее Курт Ябо уже говорил, что, согласно прошлым исследованиям, непрерывная лазерная обработка продолжительностью менее 2 мс даёт плохие результаты.
Это означает, что однократное воздействие нового механизма очень слабое.
Нужно увеличивать количество воздействий.
А за одно и то же время количество импульсов пикосекундного лазера будет в 500 миллионов раз больше, чем у лазера с импульсом 2 мс…
……
Примерно через десять минут Чан Хаонань наконец-то вышел из своих размышлений.
И тут же услышал рядом слегка встревоженный голос:
— Учитель, учитель?
Это был Курт Ябо.
— М?
Чан Хаонань повернул голову и увидел своего ученика, который выглядел встревоженным, держа в руках рулон туалетной бумаги и стакан воды.
— Учитель, вы…
Только тогда Чан Хаонань понял, что он весь в поту.
Рубашка прилипла к коже.
Очевидно, что он прошёл через интенсивное тепловыделение.
— А… Я просто задумался.
Чан Хаонань взял туалетную бумагу, оторвал несколько кусков и вытерся.
Он тут же вспомнил, что когда его теоретический уровень повысился до LV4, система предупредила, что при исследовании неизвестного явления в пределах его возможностей, есть определённая вероятность увидеть его суть.
Теперь, оглядываясь назад, он понял, что внезапный прилив вдохновения, который он испытал, был как раз проявлением этой «определённой вероятности».
Это было просто божественно.
— Ябо.
Чан Хаонань сделал несколько глубоких вдохов и отпил воды, чтобы немного успокоиться:
— Я думаю, что про механизм теплового эффекта при лазерной абляции действительно можно написать статью.
В настоящее время лазерная обработка считается популярным направлением в области материаловедения, но в центре внимания исследований находится именно тепловой эффект.
И тот механизм, который только что предположил Чан Хаонань, даже если и не был открыт им впервые, то, по крайней мере, не получил широкого внимания.
Раз так, то почему бы не воспользоваться ситуацией.
Пусть все продолжают идти по пути теплового эффекта ещё какое-то время.
Даже если кто-то позже и обнаружит в этом секрет, то ничего не сможет сказать —
Я же не фальсифицировал данные, а просто раскрыл механизм теплового эффекта лазера.
Не будешь же ты винить меня за то, что я слишком глубоко копнул?
Немного помолчав, Чан Хаонань продолжил:
— Хотя у тебя сейчас ещё маловато данных, я думаю, что позже можно добавить влияние различной длины волны, различных способов падения лазерного луча, различной газовой среды на эффект обработки, а затем объяснить причину этого влияния с точки зрения микромеханизма, например, коэффициент поглощения лазера различной длины волны молекулами эпоксидной смолы, безусловно, будет разным.
«И энергия химической связи между молекулами УФПР, которая должна как раз находиться в диапазоне энергий видимого света, поэтому инфракрасное излучение точно не сможет напрямую разорвать связь, а сможет вызвать только термическое плавление за счёт фототермического эффекта…»
На этот раз он не активировал этот пассивный навык.
Видимо, состояние организма не позволяло часто активировать его в течение короткого времени.
Ведь такое количество пота, как только что, было действительно ненормальным.
Но это не проблема.
Для нынешнего Чан Хаонаня, в материаловедении, написать статью, пусть даже и высокого уровня, при наличии достаточного финансирования, не так уж и сложно.
Тем более, что здесь есть реальная основа.
Просто направление немного отклонилось.
Курт Ябо, стоявший рядом, слушал и записывал в блокнот.
— Конечно, я говорю только о нескольких идеях, которые только что пришли мне в голову, ты можешь расширить их, и лучше всего предложить математическую модель.
Чан Хаонань поставил бумажный стаканчик:
— Если сможешь сделать хорошо, то, возможно, это будет статья для Nature.
— А?
Курт Ябо перестал писать и поднял голову:
— Действительно опубликуем в Nature?
— Тебе же тоже нужно выпускаться.
Чан Хаонань улыбнулся:
— Одной статьи в Nature, в любом случае, достаточно.
— Выпуск…
Курт Ябо был ошеломлён.
Он же всего месяц назад закончил бакалавриат, как уже начал думать о выпуске из магистратуры…
— Я имею в виду… Вы же раньше говорили, что у нас есть отечественный журнал, который находится в стадии подготовки? И Вы будете главным редактором.
— Ты говоришь о JCAS…
Ответил Чан Хаонань:
— Пока он официально заработает, твоя статья, вероятно, уже давно будет опубликована.
— К тому же, я главный редактор, а ты публикуешь там статью… всё-таки нужно избегать подозрений…
На самом деле, эти две причины, конечно, нельзя назвать ложными.
Просто есть более важные причины…
Публикация в Nature имеет большее влияние и с большей вероятностью уведёт коллег в направлении теплового эффекта.
Просто Курту Яблоку пока не нужно знать об этих манипуляциях…
http://tl.rulate.ru/book/129535/5697286
Готово:
