作为曾经在一线摸爬滚打过的军工技术大拿,聂长明自然是相当清楚在电气工程领域里那条如同铁律般的常识了。
在变压器和电源技术中,【超高电压】、【超大功率】和【超微缩体积】,这三项指标,一直都是一个不可能三角——只能三选二,而不能同时实现。
想要超高电压和超大功率,你就得老老实实造一个堪比小汽车大小,里面灌满绝缘冷却油的巨型变压器;想要体积小还能产生高压电,那输出功率就会弱得可怜,撑死也就是个几瓦特的电子点火器或者电蚊拍。
像是压电变压器这样的技术,功率密度一般也就只能做到3.5 W/cm3,目前绝大多数成熟产品的功率都在10W以内。
可是现在,摆在他面前的这个小方块,却直接把这个常识给打破了!
而且还是如此彻底的打破!
火柴盒大小,一般来说也就20cm3差不多了,现在却不仅达到了5万伏特的电压,功率更是来到了8500瓦。
这东西如果不是违背物理常识的东西,还有什么是违背物理常识的东西?
几乎是在震惊过后,军工出身的他,立马就联想到了实处。
他的脑海中,瞬间就开始思考这项技术一旦应用到其他装备上,将会带来何等程度的提升。
不用再拖着沉重的发电车,一名士兵背个普通的电池包,装上这个小方块,就能瞬间击发高能激光枪或者微波武器。
这也意味着微型战术电磁脉冲手雷将真正成为现实,也就是所谓的EMP手雷;而预警机上庞大的相控阵雷达冷却变压系统将被彻底淘汰,他们甚至能把战略级雷达塞进一架小型的隐身无人机里。
敌人的航母作战群一旦过来,他们只需要一架小型无人机,就能够彻底瘫痪他们的电子系统!
而且不仅是军工,在民用领域,它的价值同样恐怖得令人窒息。
医院里那些重达几百斤的X光机、核磁共振仪,可以直接微缩成手电筒大小的便携式急救仪;还有城市里那些占地庞大的变电站,甚至可以缩小成一个电表箱挂在电线杆上!
就更不用说如今国家政策主推的新能源汽车了,新能源汽车的充电速度一直是为人诟病的地方,各家企业也一直在尝试发展快充技术,而现在,如果能够将这样的技术装进充电桩甚至车体内部,直接使用普通的220V家庭电源就能够实现快充了,而像是什么老旧小区也不用更换大容量配电变压器,用上这样的一套技术,就可以从根源解决老旧小区没法装快充的行业痛点。
还有其他更多方面的作用……
原谅聂长明一时间有些想不出更多了,因为他此时的大脑变得有些宕机,实在是有太多地方能够用到这种技术了!
可以说,就凭防爆玻璃后面这块小小的陶瓷块,其蕴含的经济和战略价值……根本难以估量!
几十个亿?几百个亿?甚至是几千亿?
那都是严重低估了!
这是足以重塑整个人类电气文明底层的真正黑科技!
哪怕林叶那台推进器最后造失败了,单凭这个小方块,这个项目就已经称得上是大获成功。
但是。
在激动过后,聂长明的理性逐渐回归。
还是那个问题重新占据了他的大脑——这玩意儿,到底是怎么实现的?
压电陶瓷极脆,机械振动产生高压的同时,必然伴随着恐怖的内耗发热和应力撕裂。
“这怎么可能呢?”聂长明抬起头,眼睛通红地看着林叶,“林教授,它为什么不碎?为什么不发热融化?”
看着聂长明那副求知若渴的模样,林叶笑着走上前,语气平淡地回了一句:“聂局长,我很喜欢一句话就是,一切皆有可能。”
“我相信,科学领域,所有现在我们看起来科幻的想象,在未来都会有个理论或者是技术,将其变为现实。”
“就比如这个变压器。”
“拓扑谐振压电变压器。”
林叶指了指玻璃后的陶瓷块,耐心地解释道:“之所以叫这个名字,是因为它的核心架构,是我研究出来的一种新结构,我称之为‘固态压电拓扑谐振构型’。”
“传统的压电变压器会碎裂、会发热,是因为它们的几何形状太过简单,导致高频振动时的机械应力无处释放,只能转化为热能或者破坏力。”
“而我前段时间在研究压电陶瓷技术时,结合了我刚刚推导出的GEHD理论,对这种材料的微观振动进行了重新建模,我利用GEHD中处理复杂流形边界的数学张量,为这块陶瓷计算出了一个特殊的高维多边形切割角度。”
林叶的声音沉稳而自信:“在这个特定的拓扑构型下,陶瓷内部千万次的高频振动波,会产生100%的建设性干涉,所有的破坏性机械应力,都在多维空间的折叠中完美抵消、闭环归零了,没有内耗,自然就不会发热,更不会碎裂。”
“同时,普通的压电变压器一般都需要外接逆变器,从而把直流电变成交流电。但在我计算的这个拓扑几何里,其‘形状’本身就是完美的逆变器。”
“直流电进去后,会在它那多维折叠的几何夹角中发生机械波的无限镜像反射,它自己就能把静态的直流电,激荡成每秒几百万次的高频交流场。”
“如此一来,我们就省去了一个独立的逆变器电路板,任何直流输入,不管是锂电池、车载电源、储能电容还是小型燃料电池,全都能直插。”
听着林叶这番解释。
聂长明原本还试图去理解的大脑,逐渐变得一片茫然。
怎么就100%的建设性干扰了?
怎么就完美抵消、闭环归零了?
还有这怎么就能从直流电变成交流电?
林叶的话拆开来听,每一个字他都认识,听起来似乎也有着足够严密的物理逻辑。
但是组合在一起,这其中所涉及到的跨维度数学切削和张量干涉,却完全超出了聂长明的理解范围。
他终究是离开一线技术岗位太多年了,对于这种极度前沿的微观理论,理解能力早就跟不上了。
而且更关键的是,这其中还涉及到了GEHD理论!
这套理论虽然伟大到了极点,但目前在全世界范围内,知情人屈指可数,也就他们这些人知道。
没有现成的教材,没有前人的经验,大家就算拿到了那几行公式,也只能两眼一抹黑地自己瞎琢磨。
或许当今世界上,除了亲手搞出GEHD理论的林叶自己,根本没人能听懂这套理论在材料学上的降维应用。
不仅是聂长明听懵了,就连一直站在旁边竖着耳朵听的沈鸣,此刻也是满脸的呆滞。
作为亲手把这块陶瓷在机床上C出来的人,他也是第一次听到林叶谈起这套技术的底层原理。
但他绝望地发现,自己就跟听天书一样,除了觉得不明觉厉之外,完全听不懂那什么建设性干涉是怎么在实心陶瓷里发生的。
看着眼前一老一少两个文盲般茫然的眼神,林叶在心里暗自觉得有些好笑。
其实,他刚才的这番话,多少带了点讲故事的成分。
他能搞出这个变态的构型,根本不是因为他心血来潮去研究了什么压电陶瓷,而是全靠系统奖励的那本残卷手册提供的前沿指引。
不过,系统提供的技术和现实科学之间,本就有着不可分割的关联。
这个固态压电拓扑谐振构型,确实和压电效应之间存在着本质上的联系。
而GEHD理论,就成了破译和实现这项技术的唯一底层密码。
所以林叶现在讲的这套理论推导,在逻辑上是绝对完美,没有任何破绽的,就算真找个诺贝尔物理学奖得主来听,也只能跪在地上直呼真理。
当然,毕竟技术已经做出来了,总得有个能让外界信服的研发过程嘛。
所以,这就是林叶给出的最完美的标准答案。
哪怕几十年几百年后的人们想要知道这套技术到底是怎么诞生的,大概也只会在看到他今天编出来的这个故事过后,直呼一声林神不愧是林神。
而聂长明也十分明智地放弃了继续刨根问底。
他终究是个搞行政和宏观战略的局长,既然这种涉及到GEHD理论的东西他听不懂,那就不去纠结了。
只要知道这东西是咱们华国人自己造出来的,且实打实地摆在眼前,这就足够了!
好歹不是什么又一个汉芯事件嘛!
聂长明重新将目光投向测试台旁边的电脑屏幕,深吸了一口气,强行压下心头的狂热,开始以一个专业装备审核人的角度,询问起了这个变压器最核心的极限性能。
“林教授,这五万伏特和八点五千瓦,就是它的极限了吗?如果我需要更高的电压,或者更大的功率呢?比如十万伏特,甚至百万伏特!”聂长明盯着林叶的眼睛,像是一个贪婪的商人。
“当然可以提升,但这不能硬冲。”
林叶指着屏幕上的波形图,解释道:“这个五万伏特的参数,是我专门针对钛酸钡这种材料的物理属性,计算出来的特定几何构型,如果强行输入更大的电流,破坏了数学模型的闭环,它依然会炸。”
“如果我们需要十万伏特,我就必须重新调整参数,算出一个全新的多维切割形状。同时,为了防止极高压引发材料本身的介电击穿,我们还需要寻找或者合成绝缘强度更高的压电复合材料。”
林叶顿了顿,语气十分笃定:“至于功率的提升就更简单了,单体模块的功率受限于物理体积,但只要我们把它做成模块化阵列,将十个、一百个这种火柴盒通过拓扑电路并联叠加,别说八千瓦,就算是兆瓦级的输出,也能在极小的空间内实现。”
聂长明听得连连点头,眼神越来越亮,紧接着又抛出了一个问题:“那它的使用寿命呢?能坚持满负荷运转多久?”
“理论上,等于这块陶瓷材料的自然衰变寿命。”
林叶笑了笑,“因为在完美的数学干涉下,它没有任何多余的机械摩擦内耗,也不会发热超过居里温度,只要不遭受外力的物理破坏,它可以连续满负载运行几万甚至十几万个小时。”
嘶——!
听到这个回答,聂长明彻底没话说了。
寿命几万个小时,不发热、不衰减!
这意味着眼前这几个小小的样品,已经根本算不上是那种娇贵的实验室玩具了,这特么是直接拥有了军工级和商业级可靠性的成熟技术啊!
拿出去就能直接装到车上或者是飞机上使用!
“林叶……”聂长明深吸了一口气,声音都有些颤抖了,“这东西,现在能立刻量产吗?”
如果能把这玩意儿铺开量产,华国的整个电气和军工体系,明天就能迎来翻天覆地的换代!
然而,面对聂长明狂热的期待,林叶却十分清醒地摇了摇头。
“很遗憾,聂局,目前还量产不了。”
林叶指了指旁边防震柜里的废渣,如实说明了原因:“加工工艺的瓶颈太大了,钛酸钡陶瓷太脆,而这个拓扑结构的精度要求又太高,哪怕是用了咱们国内最顶尖的五轴机床,单个样品的加工时间也极长,而且良品率很低。”
“就这四个成功的样品,还是我和沈鸣在这地下车间里耗了整整两个星期,报废了几十块毛坯才勉强搞出来的。”
听到林叶的解释,聂长明不仅没有觉得失望,反而觉得这才算是合理了。
是啊,这种堪比外星黑科技的东西,要是随随便便就能在流水线上像切白菜一样量产,那他真要怀疑林叶是不是被外星人附体了。
陶瓷本就极脆,在这种微米级的复杂加工下,良率低简直太正常了。
“不过聂局放心,良率低只是暂时的。”林叶补充道,“之后我们还会进一步优化底层数控刀路,寻找替代材料,等未来研究院建好了,或许也会专门立项去研发韧性更强的新型压电复合材料。一旦材料升级,或者开发出高精度的3D打印烧结技术,良率和产能自然也就能够得到巨大的提升。”
聂长明点了点头。
能解决从0到1的问题已经是神迹了,从1到100的工业优化,那是整个国家机器该去操心的事情。
“既然良率这么低,废品这么多……”聂长明忽然想到了什么,随口问了一句,“那你们这半个月折腾下来,弄出这四个样品的成本大概是多少?”
林叶转头看了一眼沈鸣,沈鸣立刻在心里盘算了一下。
“材料本身不值钱,高纯度钛酸钡很便宜的,主要成本都在机床的刀具损耗、电费以及那些报废的毛坯上。”
林叶估算了一下,回答道:“加上那些废料的损耗,这四个成功的样品整体算下来……总成本大概在十几万人民币左右吧。”
话音落下。
聂长明脸上的表情猛地一僵,随后整个人像是听到了什么天方夜谭一样,失声叫了出来:“夺……夺少?!十几万?!”
他死死盯着测试台上的那几个火柴盒,脑子嗡嗡作响。
总成本才十几万?!
平摊下来,一个能输出五万伏特、八千瓦功率的科幻级变压模块,造价还不到四万块钱?!
这听起来好像很贵,但聂长明可是很清楚传统的高压变压设备是个什么价格。
一台能达到同等参数的传统变压器,少说都得一两万元起步,体积大不说,重量可能都得百公斤往上,还需要各种配套的绝缘树脂、油浸密封,像是一些顶尖的定制款,价格都轻松来到三、四万。
而这几个火柴盒大小的,却仅需四万块钱一个?
这哪里是便宜,这简直就跟白捡的一样啊!
更可怕的是,这还只是现在靠五轴机床一点点硬雕出来的高昂成本。
如果按照林叶所说,未来材料优化、模具或者3D打印技术跟上,实现大规模量产……这个成本最终会被极限压缩到几千、几百,甚至几十块也说不定呢?
几十块钱的五万伏特固态高压电源!
聂长明的呼吸彻底急促了起来。
他现在甚至都不去梦想着能看到那什么空天母舰和离子风推进器了。
仅仅只是眼前这个小玩意儿,一旦全面铺开,给整个国家的军工雷达、定向能武器、民用电网、医疗器械带来的综合提升和经济价值……
几百亿?上千亿?那都是在侮辱这项技术!
这一瞬间,聂长明的脑海中,不由自主地浮现出了当初在国院参加那几场专项资金质询会时的场景。
为了帮林叶申请那七个多亿的追加经费,他一个人坐在被质询席上,面对着财政部和发改委那几个精打细算的领导。
那些尖锐的问题至今还在耳边回响。
“老聂,七个亿砸给一个二十岁的年轻人,去搞一个虚无缥缈的科幻发动机?这万一是个伪科学的无底洞怎么办?当年的汉芯事件可别忘了!”
“你知道七个亿能干多少实事吗?能支持多少项目吗?你拿这么多钱去陪一个天才过家家,这责任你担得起吗?!”
当时,为了保下这笔钱,聂长明甚至拍着桌子立下了“项目黄了我引咎辞职”的军令状,而饶是如此,那几位领导依然还是不情愿。
要不是上面有大领导看重林叶,最后发话了,这七亿可能想都不用想,绝对拿不到。
而现在……看着眼前这个爆发出惊人数据的测试台。
聂长明忽然觉得,那七个亿的经费算个屁啊!
他在质询会上受的那些刁难、挨的那些白眼,又算个什么东西?!
在这项足以改变人类电气文明底层规则的技术面前,所有的质疑、所有的经费,全都变得无比渺小,甚至可以说是一文不值!
根本不重要了!
聂长明现在甚至有一种强烈的冲动,他恨不得马上跑回国院,再重新开一场跨部委质询会。
他要把财政部和发改委那帮卡预算的领导全按在椅子上,把这个小方块砸在他们脸上,然后指着他们的鼻子大声炫耀。
看看!都特么睁大你们的眼睛好好看看!老子花七个亿给国家买回来一个什么样的未来!!
“呼……”
聂长明闭上眼睛,深深、深深地吸了一大口空气,强行将那种扬眉吐气感给压了下去。
随后,他极其郑重地走上前两步。
然后伸出双手,一把握住了林叶的手,死死地攥紧。
他的声音有些沙哑,但却透着一股前所未有的庄重与敬意:
“林叶,干得好!真的干得太好了!”
“国家把宝押在你的身上,是这个时代,最英明的决定!”