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Professeur de MIT Designs Nanomaterials pour des Applications d'Énergétique

Published on October 11, 2012 at 6:44 AM

Grandissant en Chine en tant que fils de deux ingénieurs, Ju Li dit qu'il au commencement davantage a été intéressé à la science pure que dans le bureau d'études à commande manuelle. « J'ai été assez fasciné par la physique théorique quand J'étais un chevreau, » il indique.

Ju Li, un professeur dans les services du MIT du scientifique et technique de matériaux et du scientifique et technique nucléaire, juge un support de microscopie de perçage d'un tunnel de lecture utilisé dans la microscopie électronique in situ nanofactory de boîte de vitesses. (Photo : M. Scott Brauer)

Mais à la fin, il a trouvé une voie de combiner le théorique avec le pratique : étudiant comment les atomes et les électrons se comportent et agissent l'un sur l'autre d'une manière dont lui permet de concevoir les matériaux neufs du niveau atomique en circuit.

Li, qui retient une nomination commune en tant que professeur dans les services du MIT du scientifique et technique de matériaux (DMSE) et du scientifique et technique nucléaire (NSE), a terminé dans un domaine de la recherche qui pourrait transformer la voie que de l'énergie est produite, enregistré et utilisé - dans tout des batteries plus minuscules que des mitochondries aux propulseurs nucléaires énormes.

Pendant ses années d'université à l'Université Polytechnique de la Chine, Li est devenu très intéressé par le génie électrique et de l'informatique, il explique. Cela l'a abouti à un élan qui emploie des simulations sur ordinateur des matériaux aux niveaux électroniques et atomiques pour comprendre le potentiel pour des voies neuves d'utiliser ces matériaux - les techniques qui peuvent alors être confirmées et développées par des expériences précises de laboratoire.

Fonctionner en travers d'un large éventail d'échelles a été une caractéristique technique centrale de la recherche de Li depuis qu'il a obtenu au MIT en tant qu'étudiant au doctorat. « J'ai trouvé que Je pourrais utiliser ma connaissance de la physique, et travaille avec des ordinateurs » pour modéliser le comportement des matériaux. « Je me suis senti que c'était un ajustement très bon, » il dit.

Après gain de son PhD en génie atomique de MIT en 2000, il a passé deux ans comme postdoc ici, fonctionnement avec Sidney Yip, maintenant le professeur émérite, qui retient également un rendez-vous commun dans NSE et DMSE. Pendant ce temps Li a également fonctionné avec les chercheurs Subra Suresh de MIT, qui est maintenant directeur du National Science Foundation, et le Krystyn Van Vliet, un professeur agrégé dans DMSE.

Il a quitté le MIT en 2002 pour prendre une position de professeur adjoint en scientifique et technique de matériaux à l'Université De L'Etat D'Ohio, déménageant à l'Université de Pennsylvanie en 2007 en tant que professeur agrégé de science des matériaux. Il est revenu au MIT en 2011 en tant que Professeur d'Alliance d'Énergie de Battelle de Scientifique et Technique Nucléaire et en tant que professeur dans DMSE. Son épouse, un ingénieur biologique, est actuel un postdoc au MIT ; le couple a un descendant de 12 ans et un fils de 5 ans.

Li est concerné en observant et en simulant le comportement dynamique des structures les plus minuscules, aidant des fils de nanoscale de design - juste dix des nanomètres profondément - qui pourraient agir en tant qu'anodes et cathodes, les deux perches actives d'une batterie, mais sur une échelle bien plus petite que n'importe qui a produit avant. Avec un certain autre travail pour intégrer ces derniers dans un dispositif fonctionnant, il dit, ceci pourrait être une première étape vers une vraie version d'un système qui pourrait approcher les capacités étonnantes affichées dans le film 1966 de la science fiction « Voyage Fantastique, » ce qui a dépeint un sous-marin miniaturisé qui pourrait diriger par la circulation sanguine d'une personne afin de retirer un caillot sanguin.

« Avec nos collaborateurs, nous avons effectué la plus petite batterie au monde, » Li dit. Bien Qu'il ne soit pas encore en pleine maturité - ses de groupe toujours besoins de trouver des moyens d'empaqueter ces électrodes dans un ensemble complet et fonctionnel - la batterie miniaturisée pourrait un jour fournir une source d'énergie pour la mobilité micro et de nanodevice, Li dit.

Tirant profit de la microscopie électronique in situ sophistiquée de boîte de vitesses (TEM), il a également découvert plusieurs phénomènes neufs qui ont lieu à ces échelles minuscules et qui pourraient être armés un jour. « Voir est croyance, » Li dit de la validation in situ de TEM. « Elle fournit un contrôle très bon de nos méthodes neuves de modélisation. »

La Plupart d'analyse des ces dynamique à l'échelle atomique, Li dit, est trop limitée pour trouver leurs réellement effets significatifs, à cause de la quantité intimidante d'alimentation électrique de calcul requise pour effectuer des simulations à long terme. « Ce Qui sont importantes pour des matériaux sont au fil du temps des événements rares, où les obligations se brisent et une dislocation ou une fêlure peut évoluer, » il dit. Li et ses collègues ont trouvé des moyens autour de ceci en développant les algorithmes qui peuvent surmonter des limitations de calendrier et prévoient de tels événements « rares » qui pilotent l'évolution de microstructure.

En appliquant une technique accélérée de simulation, Li pouvait employer ces modèles neufs pour extrapoler des calendriers de quelques nanosecondes jusqu'aux siècles ou aux millénaires - le temps nécessaire pour évaluer la stabilité des récipients utilisés pour enregistrer les rebuts des coeurs de réacteur nucléaire, qui peuvent demeurent dangereusement radioactif pour beaucoup de milliers d'années.

Maintenant, Li dit, certains de ses travaux récents sont concentrés sur la façon dont la grande tension élastique affecte les propriétés des matériaux. Par exemple, Intel et d'autres compagnies ont constaté que quand le silicium est étiré de sorte que son réseau augmente par environ 1 pour cent, la capacité des électrons de déménager dans le matériau augmente de environ 50 pour cent ; cette technique déjà est appliquée à un large éventail de puces électroniques. Li pense que ceci raye juste la surface de ce qui pourrait devenir un tableau immense d'applications basées sur le bureau d'études de tension élastique.

En descendant aux manipulations de nanoscale de la grande tension élastique, Li dit, il pense qu'il sera possible de découvrir les propriétés neuves et imprévues des matériaux. Il pense que l'incidence sur le futur bureau d'études pourrait être comparable à l'invention de l'alliage des métaux par nos ancêtres, qui ont déclenché l'Âge Du Bronze Il y a plus de cinq millénaires. Les technologies Neuves pour effectuer les nanomaterials qui peuvent supporter le grand stress sans relaxation, et pour la tension élastique de application et de mesure et comprendre ses effets sur les propriétés matérielles et chimiques, ouvrent des possibilités neuves révolutionnaires pour les matériaux conçus, il dit.

« Je crois que ceci peut éventuellement avoir une incidence sur la civilisation humaine autant que l'alliage de produit chimique a eu, » Li dit. Les « Nanomaterials ont généralement une tolérance beaucoup plus grande pour la tension élastique. En explorant des matériaux dans l'espace six-dimensionnel de tension élastique, nous essayons de transmettre une signification neuve à la déclaration de Feynman qu'il y a de beaucoup de chambre au bas. »

Source : http://web.mit.edu

Last Update: 11. October 2012 07:40

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