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Profesor Designs Nanomaterials del MIT para las Aplicaciones de la Energía

Published on October 11, 2012 at 6:44 AM

Creciendo en China como el hijo de dos representantes técnicos, Ju Li dice que él estuvo interesado inicialmente más en ciencia pura que en la ingeniería con manos. “La física teórica Me fasciné bastante cuando era un cabrito,” él revoco.

Ju Li, profesor en los departamentos del MIT de la ciencia material e ingeniería y ciencia e ingeniería nucleares, sujeta un casquillo de la microscopia el hacer un túnel de la exploración utilizado en microscopia electrónica de transmisión in situ nanofactory. (Foto: M. Scott Brauer)

Pero en el extremo, él encontró una manera de combinar el teórico con el práctico: estudiando cómo los átomos y los electrones se comportan y obran recíprocamente de una manera que permita que él diseñe los nuevos materiales del nivel atómico conectado hacia arriba.

Li, que lleva a cabo una cita común como profesor en los departamentos del MIT de la ciencia material y la ingeniería (DMSE) y la ciencia y la ingeniería nucleares (NSE), ha terminado hacia arriba en un campo de la investigación que podría transformar la manera que se genera la energía, salvado y utilizado - en todo de las baterías más minúsculas que las mitocondrias a los sistemas motopropulsores nucleares enormes.

En sus años de la universidad en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Li hizo muy interesado en la ingeniería eléctrica y de informática, él explica. Eso lo llevó a una aproximación que utiliza simulaciones por ordenador de materiales en los niveles electrónicos y atómicos para entender el potencial para las nuevas maneras de usar estos materiales - las técnicas que se pueden después confirmar y desarrollar con experimentos exactos del laboratorio.

El Trabajo a través de una amplia gama de escalas ha sido una característica central de la investigación de Li desde entonces él llegara el MIT como estudiante doctoral. “Encontré que podría utilizar mi conocimiento de la física, y que trabajo con los ordenadores” para modelar el comportamiento de materiales. “Aserraba al hilo que era un ajuste muy bueno,” él dice.

Después de ganar su Doctorado en la ingeniería nuclear del MIT en 2000, él pasó dos años como postdoc aquí, funcionamiento con Sidney Yip, ahora el profesor emérito, que también lleva a cabo una cita común en NSE y DMSE. Durante ese tiempo Li también trabajó con los investigadores Subra Suresh del MIT, que ahora es director del National Science Foundation, y Krystyn Van Vliet, profesor adjunto en DMSE.

Él salió del MIT en 2002 para tomar una posición del profesor adjunto en la ciencia material y la ingeniería en la Universidad Estatal de Ohio, trasladándose a la Universidad de Pensilvania en 2007 como profesor adjunto de la ciencia material. Él volvió al MIT en 2011 como el Profesor de Alliance de la Energía de Battelle de la Ciencia y de la Ingeniería Nucleares y como profesor en DMSE. Su esposa, representante técnico biológico, es actualmente un postdoc en el MIT; el par de fuerzas tiene una hija de 12 años y un hijo de 5 años.

Li está implicado en la observación y la simulación del comportamiento dinámico de las estructuras más minúsculas, ayudando a los cables del nanoscale del diseño - apenas diez de los nanómetros densamente - que podrían actuar como los ánodos y cátodos, los dos polos activos de una batería, pero en una escala lejos más pequeña que cualquier persona han producido antes. Con un cierto otro trabajo para integrar éstos en un dispositivo de trabajo, él dice, esto podría ser un primer paso de progresión hacia una versión de la vida real de un sistema que podría acercarse a las capacidades asombrosas mostradas en la película 1966 de la ciencia ficción “Viaje Fantástico,” cuál representó un submarino miniaturizado que podría navegar a través de la circulación sanguínea de una persona para quitar un coágulo de sangre.

“Con nuestros colaboradores, hemos hecho la batería más pequeña del mundo,” Li dice. Aunque no es todavía completamente desarrollado - sus todavía del grupo necesidades de encontrar maneras de empaquetar estos electrodos en una unidad completa, funcional - la batería miniaturizada podría proporcionar algún día a una fuente de energía para la movilidad micra y del nanodevice, Li dice.

Aprovechándose de microscopia electrónica de transmisión in situ sofisticada (TEM), él también ha descubierto varios nuevos fenómenos que ocurren en estas escalas minúsculas y que podrían ser aprovechados algún día. El “Ver es el creer,” Li dice de la validación in situ de TEM. “Proporciona a una inspección muy buena de nuestros nuevos métodos de modelado.”

La Mayoría del análisis de estas dinámicas en la escala atómica, Li dice, se limita también para encontrar sus efectos realmente importantes, debido a la cantidad desalentadora de potencia de cómputo necesaria para realizar simulaciones a largo plazo. “Cuáles son importantes para los materiales son en un cierto plazo los casos excepcionales, adonde los bonos se rompen y una dislocación o una rajadura puede desarrollarse,” él dice. Li y sus colegas han encontrado maneras alrededor de esto desarrollando los algoritmos que pueden vencer limitaciones del calendario y predicen tales acciones “raras” que impulsan la evolución de la microestructura.

Aplicando una técnica acelerada de la simulación, Li podía utilizar estos modelos nuevos para extrapolar de calendarios de algunos nanosegundos hasta siglos o milenios - el tiempo necesario evaluar la estabilidad de los contenedores usados para salvar el desecho de las memorias del reactor nuclear, que pueden sigue siendo peligroso radioactivo para muchos millares de años.

Ahora, Li dice, algo de su nueva obra se centra en cómo la deformación de elástico grande afecta a las propiedades de materiales. Por ejemplo, Intel y otras compañías han encontrado que cuando se estira el silicio de modo que su cedazo se despliegue por el cerca de 1 por ciento, la capacidad de electrones de moverse dentro del material aumenta en el cerca de 50 por ciento; esta técnica se está aplicando ya a una amplia gama de virutas electrónicas. Li piensa que éste apenas está arañazo la superficie de qué podría convertirse en un arsenal extenso de aplicaciones basadas en la ingeniería de la deformación de elástico.

Yendo hacia abajo a las manipulaciones del nanoscale de la deformación de elástico grande, Li dice, él piensa que será posible descubrir nuevas e inesperadas propiedades de materiales. Él piensa que el impacto en la ingeniería futura podría ser comparable a la invención de la aleación de metales por nuestros antepasados, que llevaron en la Edad De Bronce hace más de cinco milenios. Las Nuevas tecnologías para hacer los nanomaterials que pueden soportar la tensión grande sin la relajación, y para la deformación de elástico de aplicación y de medición y entender sus efectos sobre propiedades físicas y químicas, están abriendo las nuevas posibilidades revolucionarias de materiales dirigidos, él dice.

“Creo que esto puede eventual tener un impacto en la civilización humana como la aleación de la substancia química ha tenido,” Li dice tanto. Los “Nanomaterials tienen generalmente tolerancia mucho más grande para la deformación de elástico. Explorando los materiales en el espacio seis-dimensional de la deformación de elástico, intentamos comunicar un nuevo significado a la declaración de Feynman que hay un montón de sitio en la parte inferior.”

Fuente: http://web.mit.edu

Last Update: 11. October 2012 07:43

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